CN104897051A

CN104897051A - 用于对数码显微镜进行测量校准的校准板及其使用方法

Info

Publication number: CN104897051A
Application number: CN201410074532.XA
Authority: CN
Inventors: 李仲禹; 王明思; 顾海磊
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2014-03-03
Filing date: 2014-03-03
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2034-03-03
Also published as: US20150248003A1; CN104897051B; US10451862B2

Abstract

本发明涉及用于对数码显微镜进行测量校准的校准板及其使用方法。所述校准板包括至少一个形成有表面构造的校准区，所述表面构造包括周期性地排布的多个格子单元，其中，每个格子单元的边界的至少一部分和/或顶点的至少一部分能够由所述数码显微镜的光学成像系统识别出。本发明还涉及包括所述校准板的数码显微镜系统。

Description

用于对数码显微镜进行测量校准的校准板及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种用于对数码显微镜进行测量校准的校准板、利用该校准板对数码显微镜进行测量校准的方法、以及包括该校准板的数码显微镜系统。

背景技术

在数码显微镜（在本专利中，数码显微镜指“带有成像系统的显微镜”）中，经物镜放大的标本图像被内置的数码相机捕捉和放大，然后显示在显示器上。显微镜使用者往往会有要在所显示的图像上直接进行尺寸测量的需求。对此可采用以下两种基本的方法。

一种方法称为理论校准，它是通过将显微镜物镜的放大倍率（通常刻印在物镜上）、数码相机的适配透镜的放大倍率和显示器的放大倍率彼此相乘而得到总的放大倍率，然后用由软件测得的显示器图像的尺寸除以总的放大倍率以得出标本的实际尺寸。这种方法的缺点在于，使用者需要知道目前安装在显微镜上的是哪些部件，并且需要知道对每个可更换的显微镜部件的总放大倍率的影响，以及它们彼此之间是如何相互作用的。另一个大的缺点是，理论校准无法考虑到各单个装置的制造公差。

另一种方法称为测量校准，它是利用数码显微镜的软件提供像素映射功能以测量图像的像素距离。为了将像素距离转换成标本上的实际距离，使用者需要对一尺寸已知的物体进行测量。通过该基准物体能精确地建立起显示器屏幕上的像素距离与标本上的实际距离之间的关系并通过显微镜软件记录下来。然后，可利用该校准系统来测量感兴趣的标本。上述基准物体被称作校准板。测量校准不需要使用者知道显微镜的太多信息，但需要利用显微镜的软件对实际尺寸已知的基准物体生成图像。然后，软件测量该图像中的两个特征之间的像素距离，并借助于使用者输入的实际（已知）距离建立起映射关系。

市面上最常用的一种典型的校准板在其上包含分度线标尺图案。当测量校准开始时，使用者将校准板置于显微镜的载物台上。然后，选择一个物镜、聚焦并移动校准板直至标尺的图像清晰地出现在显示器中。在显示器上选择标尺的起点和终点，并由软件读出它们之间的像素距离D_pixel。在显示器上数一下在所选择的起点和终点之间有几个标尺刻度，由于每个标尺刻度所代表的实际距离是已知的，所以可计算出所选择的起点和终点之间的实际距离D_real。用上述像素距离除以实际距离即可得出放大倍率M=（D_pixel/D_real）并保存在显微镜软件中，由此完成对选定物镜的测量校准。最后可切换至别的物镜并重复上述步骤，直至所有的物镜都被校准。利用标尺进行的上述测量校准的缺点在于，校准过程需要人的过多介入（选择标尺的起点和终点），并且校准精度取决于人的操作，如果人在测量基准物体时出现错误，则会影响校准精度。

作为测量校准的一个例子，在M.T.Postek的题为“Critical Issues inScanning Electron Microscopes Metrology”（Journal of Research of theNational Inst.of Standards&Technol.Vol.99,No.5,1994年10月,第658-660页）的文章中提出利用间距放大基准物作为放大倍率校准的标准，其优点是能够提高校准精度，因为间距基准物包含多个可重复的相同特征（线段或线条）。与被校准的显微镜的类型或型号无关地，这些线条看上去彼此相同。这十分有利于获取存在于显微镜图像中的这些结构的间距值。可认为图像中相邻的线条特征上的任意等同点之间的距离即为间距值。这些点可利用视频信号中的最大或最小亮度、视频信号中的任意重复特征等设立或标记出来。这种方法中的图像识别是基于信号强度-最大亮度和最小亮度来提取周期，不是一种基于几何特征的精确计算算法，而亮度很容易受到各种误差的影响。

作为测量校准的又一个例子，在美国专利申请US2005220362中公开了一种改进的显微镜放大倍率的精确校准方法，其中用显微镜观察或收集的测试物体的图像尺寸除以测试物体的真实尺寸所获得的商被计算为放大倍率。该方法包括以下步骤：用具有测试间距值的衍射光栅作为测试物体以获得放大倍率基准；在衍射光栅的图像和显微镜获得的视频信号之一中分布30-70%幅度的亮度等级；对亮度分布的每个所形成的“孤岛”计算视频信号“质心”的位置；将相邻“质心”之间的平均距离视为测试物体的显微镜图像中的光栅间距；以及将该平均间距尺寸除以真实的光栅间距而得到显微镜的放大倍率。该方法的缺点是，放大倍率是仅根据一维的尺寸信息计算出的，并且信号“质心”易于受到某些误差源的影响。因此，计算的精度和可靠性有限。

在日本专利申请JP2004078162中公开了一种放大倍率计算方法。其原理是通过变焦将尺寸已知的圆形物体与目镜前的圆形标线板重叠来确定放大倍率。但是，这种方法具有明显的缺点，它属于人工校准测量，而非自动校准测量，并且只适用于可变焦的连续变倍显微镜，不适用于多镜头的非连续变倍显微镜，并且计算精度低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的一个或多个缺点而提供一种用于对数码显微镜（即“带有成像系统的显微镜”）进行测量校准的校准板，利用其能够对数码显微镜进行自动、简便、可靠和精确的测量校准。

根据本发明的用于对数码显微镜进行测量校准的校准板包括至少一个形成有表面构造的校准区，所述表面构造包括周期性地排布的多个格子单元，其中，每个格子单元的边界的至少一部分和/或顶点的至少一部分能够由所述数码显微镜的光学成像系统识别出。

根据如上所述的校准板，各个格子单元的大小和形状可相同。

根据如上所述的校准板，各个格子单元可都呈正方形。

根据如上所述的校准板，所述多个格子单元能以国际象棋棋盘的样式排布。

根据如上所述的校准板，所述多个格子单元可为在一维方向上分布的条纹。

根据如上所述的校准板，每个格子单元的能够由所述数码显微镜的光学成像系统识别出的所述边界的至少一部分的两侧可具有互不相同的反射率。

根据如上所述的校准板，每个格子单元的整体和与其邻接的区域或与其邻接的格子单元可具有互不相同的反射率。

根据如上所述的校准板，每个格子单元和与其邻接的区域或与其邻接的格子单元可分别具有通过光刻形成的反射率不同的表面。

根据如上所述的校准板，所述校准板可包括多个不同的所述校准区，各个不同的所述校准区内的格子单元的大小互不相同。

根据如上所述的校准板，在至少一个所述校准区的至少一个格子单元内可形成有子表面构造，所述至少一个格子单元内的子表面构造也包括周期性地排布的多个格子单元，其中所述子表面构造的每个格子单元的边界的至少一部分和/或顶点的至少一部分能够由所述数码显微镜的光学成像系统识别出。

根据如上所述的校准板，所述校准板还可包括对所有波长的可见光都具有相同反射率的均匀反射区。

根据如上所述的校准板，所述均匀反射区可由形成在所述校准板表面上的金属覆层或光学反射覆层形成。

本发明还涉及一种数码显微镜系统，其包括数码显微镜和如上所述的校准板。

根据如上所述的数码显微镜系统，所述数码显微镜可具有可移动的载物台，所述校准板安装在所述载物台上，并且能够随所述载物台移动而使其校准区位于所述数码显微镜的物镜视野中。

本发明还涉及一种利用如上所述的校准板对数码显微镜进行测量校准的方法，其包括以下步骤：

a）将所述校准板的一个校准区作为目标校准区置于所述数码显微镜的物镜视野中，并利用所述数码显微镜生成所述目标校准区的数码图像，其中，所述数码显微镜的光学成像系统识别出所述目标校准区中的各个格子单元的边界的至少一部分和/或各个格子单元的顶点的至少一部分和/或各个格子单元之间的交点的至少一部分并反映在所述数码图像中；

b）确定各个格子单元的被识别出的所述边界的至少一部分和/或各个格子单元的顶点的至少一部分和/或各个格子单元之间的交点的至少一部分在所述数码图像中的图像位置或图像相对位置关系；

c）根据各个格子单元的被识别出的所述边界的至少一部分和/或各个格子单元的顶点的至少一部分和/或各个格子单元之间的交点的至少一部分的所述图像位置或图像相对位置关系，以及各个格子单元的所述边界的至少一部分和/或各个格子单元的顶点的至少一部分和/或各个格子单元之间的交点的至少一部分的预设位置或预设相对位置关系，进行计算得出所述数码显微镜的放大倍率，以此实现所述数码显微镜的测量校准。

根据如上所述的方法，在所述校准板包括多个不同校准区且各个不同校准区的格子单元的大小互不相同的情况下，所述方法在所述步骤a）之前还可包括：移动所述校准板以从其多个不同校准区中选择一个校准区作为置于物镜视野中的所述目标校准区，其中所选择的校准区在物镜视野中的格子单元的数量在一预定的范围内。

根据如上所述的方法，在所述目标校准区的至少一个格子单元包括子表面构造的情况下，当所述子表面构造在物镜视野中的格子单元的数量在一预定的范围内时，可在所述步骤b）中确定所述子表面构造的各个格子单元的被识别出的所述边界的至少一部分和/或各个格子单元的顶点的至少一部分和/或各个格子单元之间的交点的至少一部分在所述数码图像中的图像位置或图像相对位置关系作为所述步骤c）中使用的图像位置或图像相对位置关系。

根据如上所述的方法，可将所述目标校准区中的各个格子单元的顶点或者各个格子单元之间的交点的预设位置记录为数值矩阵G_real；在所述步骤a）中利用所述数码显微镜的光学成像系统识别出各个格子单元的边界和/或各个格子单元的顶点和/或各个格子单元的之间的交点，在所述步骤b）将被识别出的各个格子单元之间的交点和/或各个格子单元的被识别出的顶点的图像位置记录为数值矩阵G_image，并在所述步骤c）中计算出使得各交点和/或顶点的（M*G_real-G_image）的均方根最小的M作为所述数码显微镜的放大倍率。

根据如上所述的方法，可在所述步骤b）中根据各个格子单元的被识别出的边界和/或顶点利用差分和边缘特征提取算法计算出各交点的图像位置G_image。

本发明还涉及另一种利用如上所述的校准板对数码显微镜进行测量校准的方法，其包括以下步骤：

b1）利用Canny边缘检测算法将各个格子单元的边界的直线部分辨认出来并在所述数码图像中标识出来，从而获得多条可能不连续的线段；

b2）利用概率Hough变换算法处理在所述步骤b1）中获得的线段以计算出所述数码图像的可能的倾斜角；

b3）根据在所述步骤b2）中计算出的倾斜角将所述数码图像调正；

b4）利用概率Hough变换算法在调正后的所述数码图像中找出所述不连续的线段，并利用聚类算法将所述不连续的线段连接成连续的水平线和竖直线；

b5）基于在所述步骤b4）中获得的连续的水平线和竖直线确定数码图像中的各水平线彼此之间的平均距离和各竖直线彼此之间的平均距离的平均值，并根据各格子单元的预设边长计算出所述数码显微镜的放大倍率M=所述平均值/所述预设边长。

本发明还涉及又一种利用如上所述的校准板对数码显微镜进行测量校准的方法，其包括以下步骤：

b5）确定在所述数码图像中获得的连续的各水平线和各竖直线之间的交点的图像位置并记录为数值矩阵G_image，并根据表示各格子单元之间的交点的预设位置的数值矩阵G_real计算出使得各交点的（M*G_real-G_image）的均方根最小的M作为所述数码显微镜的放大倍率。

根据如上所述的方法，在所述步骤b4）之前还可包括步骤b4’）：跨越各个格子单元随机生成一定数量的水平直线和竖直直线，利用阈值算法将所述直线转化成落入各格子单元内的短线段，并计算这些短线段的平均长度值；并且在所述步骤b4）中将所述不连续的线段中长度与所述短线段的平均长度值相差预定量以上的线段剔除。

根据如上所述的方法，所述图像位置或图像相对位置关系能以像素值表示。

附图说明

图1示出根据本发明的校准板的第一种示例性构型；

图2示出图1所示的校准区的多种替换构型；

图3是对根据本发明的校准板上的棋盘状图案进行识别计算的一种示例性方法的说明图；

图4和5是对根据本发明的校准板上的棋盘状图案进行识别计算的另一种示例性方法的说明图；

图6是对根据本发明的校准板上的棋盘状图案进行识别计算的所述另一种示例性方法的流程图；

图7示出根据本发明的校准板的第二种示例性构型；

图8示出根据本发明的校准板的第三种示例性构型；

图9示出根据本发明的校准板的第四种示例性构型；

图10示出配备有根据本发明的校准板的一种示例性的数码显微镜。

具体实施方式

下面参照附图对根据本发明的校准板及其使用方法的实施例进行说明。所述校准板置于数码显微镜的物镜视野中以对数码显微镜进行测量校准。

图1示出一种示例性的校准板1，其板面廓形例如为图1（a）所示的矩形。校准板1可由例如玻璃或本领域已知的其它适当材料制成。校准板1例如在其一个表面上包括形成有表面构造的校准区2。图1（b）是校准区2的局部放大视图，如其中所示，校准区2具有呈棋盘形图案的表面构造。更具体地说，该表面构造包括排布成国际象棋棋盘样式的多个格子单元（图1（b）中的黑色和白色相间的方格），其中，每个格子单元的边界的至少一部分能够由数码显微镜的光学成像系统识别出。在获得理想加工制造精度的情况下，上述国际象棋棋盘样式图案中的所有格子单元都为边长相等的正方形。

在本发明中，“边界的至少一部分能够由数码显微镜的光学成像系统识别出”可理解为位于该边界部分两侧并与该边界部分邻接的区域具有足以由光学成像系统识别出的光学特性差异，或者该边界部分本身相对于周围区域具有足以由光学成像系统识别出的光学特性差异。这里的“光学特性”典型地可为反射率，也可包括例如颜色差异（黑白，红绿，蓝白等）。

在图1（b）所示的实施例中，各个格子单元以国际象棋棋盘的样式排布而形成表面构造。然而，本发明不限于此，而是只要所述多个格子单元周期性地排布即可。在本发明中，“周期性地排布”是指多个格子单元在一维或二维方向上等间隔地或彼此邻接地重复出现。另外，各个格子单元也不限于图1（b）所示的大小相同的正方形，而是可以为各种几何形状，例如三角形、四边形（例如平行四边形，包括矩形、菱形等）、圆形，等等。除了图1（b）所示的国际象棋棋盘样式之外，例如，图2（a）至1（d）中各自示出的多个黑色格子单元同为在二维方向上周期性地排布，即等间隔地或彼此邻接地重复出现的格子单元。在一维方向上周期性排布的多个格子单元则类似商品条形码（图中未示出），其中黑白相间或者有颜色差异的条纹周期性地或等距地或等宽地排布，在这种情况下，由于这些条纹本身是具有一定宽度的线条的集合，所以这些条纹也可被理解为格子单元。优选地，各个格子单元的大小和形状相同。

上述表面构造可通过各种方式来形成，例如包括但不限于光刻、印刷等等。在光刻法中，可在校准板1的基底上沉积出由例如金属（如铬）构成的涂层，然后利用光掩模在涂层上曝光出需要的图形，再通过蚀刻形成最终图案。在这种情况下，以图1（b）中的校准区2为例，黑色格子单元可例如表示涂层未被蚀刻掉的表面，而白色部分（也呈格子单元的形式）可例如表示涂层已被蚀刻掉的表面。这样，黑、白格子单元的反射率将不同，并在黑色格子单元的边界（亦即相邻的两个黑、白格子单元的交界）处产生反射率的变化，由此显微镜的光学成像系统能够在图像中识别出该边界。在印刷法中，可直接在校准板1的基底（例如，透明硫酸纸）上用黑色油墨印刷出图1（b）所示的黑、白格子单元交替排布成棋盘样式的图案，并且由于黑、白格子单元的反射率的差异，也能够由光学成像系统在图像中识别出它们的交界。

另外，在图1和2所示的各实施例中，黑色格子单元在整体上形成为和与其邻接的区域具有不同的表面而具有不同的反射率。但是，本发明不限于此，而是格子单元的与其能够由数码显微镜的光学成像系统识别出的边界部分邻接的局部区域和与该边界部分邻接的外部区域具有互不相同的反射率即可。

对于根据本发明的上述校准板，数码显微镜的光学成像系统能够识别出校准板的至少一个校准区中的各个格子单元的边界的至少一部分和/或顶点的至少一部分，于是可确定各个格子单元的被识别出的所述边界的至少一部分和/或顶点的至少一部分在数码图像中的图像位置或图像相对位置关系。另外，在制造校准板时可预先设定各个格子单元的所述边界的至少一部分和/或顶点的至少一部分的预设位置或预设相对位置关系，这些预设位置或预设相对位置关系对于数码显微镜系统来说是已知的。由此，可根据各个格子单元的被识别出的所述边界的至少一部分和/或顶点的至少一部分的所述图像位置或图像相对位置关系和预设位置或预设相对位置关系计算出数码显微镜的放大倍率，以此实现数码显微镜的测量校准。

更具体地，以图1（b）所示的国际象棋棋盘状图案为例，在从校准区的图像中识别出相邻的黑、白格子单元的交界（也就是黑格子单元的边界）后，可通过计算机图像处理方法找出各个格子单元的边界所连成的直线（横线和竖线）之间的交点（亦即在对角方向上相邻的格子单元所共有的顶点），在本文中可简称为“各个格子单元之间的交点”，此时“各个格子单元之间的交点”亦是“各个格子单元的顶点”。如图2（a）和图2（c）所示，此时各格子单元并不相交，是以各个格子单元有顶点但互相之间没有交点。如图3所示，可例如通过差分和边缘特征提取算法确定各个格子单元之间的所述交点j在图像中的位置，记为G_image，，其中G_image为数值矩阵的形式，其各个元素即为各个交点j的位置，该位置可表达为距离一坐标原点的坐标值，而该坐标值既可以用图像中的实际长度单位来度量，也可以用图像中的像素值来度量。另外，校准板上的校准区中的各个交点j的预设位置是在制造时预先设定或测定的，记为数值矩阵G_real。然后，计算出使得（M*G_real-G_image）的均方根最小的M作为数码显微镜的放大倍率，以此实现数码显微镜的测量校准。

图3示出的和上面所述的差分和边缘特征提取算法是在校准区的棋盘状图案的各个格子单元制造得比较理想、加工精度高的情况下对其进行识别计算的方法。然而，在实际情况中，出于制造精度的限制，格子单元可能制造得如图4所示的那样，即，在对角方向上相邻的两个格子单元之间的顶点可能彼此呈圆弧过渡的连接或彼此分开而分别成为两个具有圆弧顶点的格子，这导致显微镜软件自动辨识数码图像中的各格子单元的侧边有困难。此外，在将校准板置于显微镜的载物台上进行校准时，校准板可能摆放得不那么周正（即会有倾斜），这也会对软件的识别计算产生影响。在这种情况下，本发明中可采用图6所示的下述另一种方法来识别计算棋盘状图案的各个格子单元。

如图6所示，首先，在步骤101中，在棋盘上跨越各个格子单元随机生成一定数量的水平直线和竖直直线。由于校准板1的棋盘在摆放时可能略微有些倾斜，所以这些直线在棋盘图像中可能是接近但不完全是水平或竖直的。然后，根据这些直线所跨越的黑、白格子单元，利用任意适当的阈值算法将所述直线转化成各格子单元中的短线段。例如，将一条直线跨在黑色格子单元上的部分转化为黑色短线段，而跨在白色格子单元上的部分转化白色短线段。接下来，计算出这些短线段的平均长度值。换句话说，步骤101实际上是用平均各短线段的方法估算出了棋盘状图案的格子单元的尺寸的一个近似值，由于校准板1的棋盘在摆放时可能略微有些旋转，所以这个值实质上是一个近似值，这个近似值（平均长度值）的作用将在后面描述。

接下来，在步骤102中，例如利用Canny边缘检测算法将各个格子单元接近直线的边缘辨认出来并在所述数码图像中标识出来，从而获得多条不连续的短线段（所述格子单元的接近直线的边缘如图5中的矩形方框所表示的短线段所示）。具体地，例如，可先利用Otsu或其它阈值算法计算出Canny边缘检测阈值，然后再对图像进行Canny边缘检测。

接下来，在步骤103中，例如利用概率Hough变换算法处理在步骤102中获得的线段以计算出所述数码图像的可能的倾斜角。应注意，在该步骤中，不必对所有的线段都进行处理，因为其目的仅仅是为了计算出倾斜角。

如果步骤103的计算结果表明图像存在倾斜角，则在步骤104中根据计算出的倾斜角将图像调正，然后转到步骤105。如果在步骤103中未计算出倾斜角，则流程直接转到步骤105。

在步骤105中，再次利用概率Hough变换算法在调正后的图像中找出所述不连续的线段。此时由于图像已被调正，所以这些线段都是水平的或竖直的。然后，在步骤106中，利用例如聚类算法将所述不连续的水平或竖直线段连接成连续的水平线和竖直线。在连接所述不连续的线段之前，可选地，可利用在步骤101中计算出的平均长度值作为参考标准，将一些过分长或过分短的线段剔除，以此提高精度。由此可知，步骤101是可选的，并且如果要执行步骤101的话，其不是必须作为该方法流程的第一步，而只需在步骤106之前的任何步骤执行即可。

最后，在步骤107中，根据在步骤106中获得的连续的水平线和竖直线计算出它们之间的各交点的图像位置作为各个格子单元之间的各交点的图像位置G_image。然后，可结合各个格子单元之间的各交点的预设位置的数值矩阵G_real，利用求（M*G_real-G_image）的均方根最小的M的方法计算出显微镜的放大倍率M。当然，在步骤107中也可根据在步骤106中获得的连续的水平线和竖直线计算出各水平线之间和各竖直线之间的平均距离（该平均距离可例如为数码图像上的像素数，记为“平均像素值”）。然后，由于棋盘状图案内格子单元的侧边的预设长度（预设边长）是预先已知的，便可计算出图像上的每个像素代表多少实际距离，其值等于格子单元的预设边长除以平均像素值，也可算出数码显微镜的放大倍率M，M等于平均像素值/格子单元的预设边长。

上面结合相关附图对根据本发明的校准板的校准区的一种示例性构型及其使用方法进行了说明。本发明的校准板的校准区包括周期性地排布的多个格子单元，其中每个格子单元的边界的至少一部分能够由所述数码显微镜的光学成像系统识别出。也就是说，校准区中精确地定位有周期性布置的具有高对比度的显著特征的图案，这易于由显微镜的软件通过数字图像处理方法自动地识别出。在此基础上，根据在目镜视野内可见的、具有一定数量的格子单元的实际制造尺寸来计算放大倍率，由此能平均各个格子单元在制造加工中产生的误差，提高计算精度。另外，由于各格子单元周期性地排布，所以易于加入差错校验机制以排除因校准板被污染或刮擦而出错的交点（例如，在差分和边缘特征提取算法中，可检验相邻的两个交点是否等距，或相邻的两个交点是否具有不同的极性），由此提高利用校准板进行测量校准的可靠性。

如图1所示，根据本发明的校准板1除了校准区2之外还可包括均匀反射区3，其对所有波长的可见光都具有相同的反射率。更具体地，这是指均匀反射区3中的任一处对每种波长的可见光的反射率都相同，并且均匀反射区3中的各处彼此之间对可见光的反射率也相同。现在越来越多的数码显微镜都配备有反射光路，这有利于查看不透光的标本。均匀反射区3可用于在数码显微镜的反射光路中对显微镜数码相机进行颜色均一性校正（色彩明暗校正）和白平衡校正，从而将数码显微镜保持在良好的工作状态。均匀反射区3可例如由校准板表面上的覆层构成。该覆层可以是一层金属（例如铬）或者是光学反射覆层。在图1所示的实施例中，均匀反射区3覆盖除校准区2以外的整个校准板表面。但是，本发明不限于此。如图9所示，均匀反射区3也可以是与校准区2隔开的单独区域，并且可具有任意适当的大小和形状。例如，均匀反射区3可通过光刻法形成。在本发明的校准板中，校准区2和均匀反射区3被集成在同一块板上，从而构成了集测量校准、颜色均一性校正和白平衡校正功能于一身的多用校准板。也就是，利用根据本发明的校准板可实现多种较准内容，包括显微镜的放大倍率、畸变和校准数码相机的颜色均一性、白平衡。

图7示出了根据本发明的校准板1的另一种示例性构型，其与图1所示的校准板的不同之处在于包括多个校准区2，其中各个校准区2的格子单元的大小互不相同。通常，显微镜具有多个物镜和大的放大倍率范围。例如，常规的显微镜放大倍率范围可为4X～100X。为此，校准板上的校准区的格子单元的大小需要适配于显微镜的大的放大倍率范围，否则可能出现在放大倍率大时物镜视野中的格子单元数过少而导致计算精度不够、或者在放大倍率小时物镜视野中的格子单元数过多而导致计算量大且费时的情况。利用图7所示的校准板可避免上述不利情况。具体地，在测量校准时可左右移动校准板以从其多个校准区中选择一个校准区置于物镜视野中，该所选择的校准区的出现在物镜视野中的格子单元的数量在预定范围内（亦即避免了出现在物镜视野中的格子单元数过多或过少的情况）。当更换为放大倍率更大或更小的另一个物镜来校准时，可再相应地移动校准板以选择格子单元更小或更大的另一个校准区。

图8所示的另一种校准板构型也能实现与图7中的校准板类似的功能。具体地，在校准区2的各个格子单元（下称“大格子单元”）内还形成有子表面构造2’，该子表面构造也包括周期性地排布成棋盘样式的多个格子单元（下称“小格子单元”），且子表面构造的小格子单元的边界的至少一部分也能够由数码显微镜的光学成像系统识别出。这里应注意，在任两个相邻的大格子单元的交界处，只有这两个大格子单元各自的与交界邻接的局部区域（在图8中用黑色粗线5和白色粗线4表示）具有不同的反射率。在测量校准时，当出现在物镜视野中的大格子单元的数量少于预定值而可能导致计算精度不够时，改用某个大格子单元内的子表面构造的小格子单元之间的交点来计算放大倍率；或反之，当出现在物镜视野中的子表面构造内的小格子单元的数量多于预定值而可能导致计算量过大时，改用大格子单元来计算放大倍率。应当指出，在这种构型中，并非所有的大格子单元都必须包括子表面构造，而只要其中的一个或多个包括子表面构造即可。另外，还可设想，可将一个大格子单元中的小格子单元再划分成若干个大小相同的组，每个组形成一个“中等格子单元”，根据要校准的物镜的放大倍率，也可在计算时改用中等格子单元之间的交点或边界以同时满足计算精度和计算时间的要求。

根据本发明的校准板可与数码显微镜结合而构成数码显微镜系统。有利地，如图10所示，根据本发明的校准板1可固定配备在数码显微镜10中。如本领域技术人员所公知，数码显微镜10可包括镜座11、光源12、镜臂13、载物台14、物镜15、转换器16、目镜17、粗准焦螺旋18和细准焦螺旋19。其中，校准板1安装在载物台14上，例如安装在载物台14的侧部。为了使用校准板1，载物台14设计成可移动，从而能够带着校准板1一起移动而使其校准区位于数码显微镜10的物镜视野中。载物台14的移动可例如通过操作载物台操纵旋钮20来实现。上述结构使得校准板1的使用简便，并且在使用校准板1时不必取走载物台14上的标本。当然，校准板也可作为数码显微镜的配件与显微镜分开提供。

对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可对上文所公开的实施例作出各种修改和变型。根据本说明书所公开的对本发明的实践，本发明的其它实施例对于本领域技术人员而言是显而易见的。本说明书及其公开的示例应被认为只是例示性的，本发明的真正范围由所附权利要求及其等同物指定。

Claims

1.一种用于对数码显微镜进行测量校准的校准板，所述校准板包括至少一个形成有表面构造的校准区，所述表面构造包括周期性地排布的多个格子单元，其中，每个格子单元的边界的至少一部分和/或顶点的至少一部分能够由所述数码显微镜的光学成像系统识别出。

2.根据权利要求1所述的校准板，其特征在于，各个格子单元的大小和形状相同。

3.根据权利要求2所述的校准板，其特征在于，各个格子单元都呈正方形。

4.根据权利要求3所述的校准板，其特征在于，所述多个格子单元以国际象棋棋盘的样式排布。

5.据权利要求1所述的校准板，其特征在于，所述多个格子单元为在一维方向上分布的条纹。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的校准板，其特征在于，每个格子单元的能够由所述数码显微镜的光学成像系统识别出的所述边界的至少一部分的两侧具有互不相同的反射率。

7.根据权利要求6所述的校准板，其特征在于，每个格子单元的整体和与其邻接的区域或与其邻接的格子单元具有互不相同的反射率。

8.根据权利要求7所述的校准板，其特征在于，每个格子单元和与其邻接的区域或与其邻接的格子单元分别具有通过光刻形成的反射率不同的表面。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的校准板，其特征在于，所述校准板包括多个不同的所述校准区，各个不同的所述校准区内的格子单元的大小互不相同。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的校准板，其特征在于，在至少一个所述校准区的至少一个格子单元内形成有子表面构造，所述至少一个格子单元内的子表面构造也包括周期性地排布的多个格子单元，其中所述子表面构造的每个格子单元的边界的至少一部分和/或顶点的至少一部分能够由所述数码显微镜的光学成像系统识别出。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的校准板，其特征在于，所述校准板还包括对所有波长的可见光都具有相同反射率的均匀反射区。

12.根据权利要求11所述的校准板，其特征在于，所述均匀反射区由形成在所述校准板表面上的金属覆层或光学反射覆层形成。

13.一种数码显微镜系统，包括数码显微镜和根据权利要求1至12中任一项所述的校准板。

14.根据权利要求13所述的数码显微镜系统，其特征在于，所述数码显微镜具有可移动的载物台，所述校准板安装在所述载物台上，并且能够随所述载物台移动而使其校准区位于所述数码显微镜的物镜视野中。

15.一种利用根据权利要求1至12中任一项所述的校准板对数码显微镜进行测量校准的方法，包括以下步骤：

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在所述校准板包括多个不同校准区且各个不同校准区的格子单元的大小互不相同的情况下，所述方法在所述步骤a）之前还包括：移动所述校准板以从其多个不同校准区中选择一个校准区作为置于物镜视野中的所述目标校准区，其中所选择的校准区在物镜视野中的格子单元的数量在一预定的范围内。

17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在所述目标校准区的至少一个格子单元包括子表面构造的情况下，当所述子表面构造在物镜视野中的格子单元的数量在一预定的范围内时，在所述步骤b）中确定所述子表面构造的各个格子单元的被识别出的所述边界的至少一部分和/或各个格子单元的顶点的至少一部分和/或各个格子单元之间的交点的至少一部分在所述数码图像中的图像位置或图像相对位置关系作为所述步骤c）中使用的图像位置或图像相对位置关系。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，其特征在于，将所述目标校准区中的各个格子单元的顶点或者各个格子单元之间的交点的预设位置记录为数值矩阵G_real；在所述步骤a）中利用所述数码显微镜的光学成像系统识别出各个格子单元的边界和/或各个格子单元的顶点和/或各个格子单元的之间的交点，在所述步骤b）将被识别出的各个格子单元之间的交点和/或各个格子单元的被识别出的顶点的图像位置记录为数值矩阵G_image，并在所述步骤c）中计算出使得各交点和/或顶点的（M*G_real-G_image）的均方根最小的M作为所述数码显微镜的放大倍率。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，在所述步骤b）中根据各个格子单元的被识别出的边界和/或顶点利用差分和边缘特征提取算法计算出各交点的图像位置G_image。

20.一种利用根据权利要求1至12中任一项所述的校准板对数码显微镜进行测量校准的方法，包括以下步骤：

21.一种利用根据权利要求1至12中任一项所述的校准板对数码显微镜进行测量校准的方法，包括以下步骤：

22.根据权利要求20至21中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤b4）之前还包括步骤b4’）：跨越各个格子单元随机生成一定数量的水平直线和竖直直线，利用阈值算法将所述直线转化成落入各格子单元内的短线段，并计算这些短线段的平均长度值；并且在所述步骤b4）中将所述不连续的线段中长度与所述短线段的平均长度值相差预定量以上的线段剔除。

23.根据权利要求15至22中任一项所述的方法，其特征在于，所述图像位置或图像相对位置关系以像素值表示。