CN104935798B - 一种精密数控实验动物图像采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精密数控实验动物图像采集装置，所述采集装置包括拍摄模块、图像处理模块、体视显微镜和滑台系统，所述拍摄模块分别连接至体视显微镜、滑台系统和图像处理模块，该拍摄模块在滑台系统的控制下经体视显微镜获取图像，并把图像传输给图像处理模块，所述图像处理模块包括缓存和与缓存连接的处理器，所述滑台系统位于体视显微镜旁侧，经驱动模块驱动在X轴、Y轴方向滑移，所述透明载板固接于Y轴滑台上，透明载板靠体视显微镜的一侧伸出Y轴滑台外，伸出滑台外的透明载板部位处设有用于放置实验动物样本的拍摄区。本发明可自动通过体视显微镜对实验样本进行分区域拍摄，并对拍摄结果进行拼接。

Description

一种精密数控实验动物图像采集装置

技术领域

本发明涉及医学研究领域，尤其是一种精密数控实验动物图像采集装置。

背景技术

医学研究中，有些研究课题需要在体视显微镜下对实验动物样本进行观测及摄影，由于体视显微镜有较高的光学放大倍数，在拍摄大尺寸样本时，需分部位进行拍摄，然后把拍摄的多张照片拼接为一张全景图片，该过程需要研究人员移动大目标样本，但在显微镜观察中，细微的移动也会在被观察设备大幅放大，手动操作时，样本移动难以做到按预设坐标的精密移动，也不易控制移动的时间间隔，不利于研究人员的显微观察，当拍摄时间过长时，样本状态可能发生变化，使最后生成的全景图片因拍摄时间差距过大引起各区域的样品状态不匹配，使图片失去研究价值或降低可信度，而且由于手动移动样本精密度较差，使得拍摄的照片在区域分割上不精确，给多张照片的拼接造成了困难，因此，如能设计一种可自动精密移动样本的图像采集装置，将有助于对实验样本的拍摄，也能够提升研究人员的工作效率。

公开号102389291A的专利中公开了一种实验动物体征信息采集分析系统与采集分析的方法，其通过步进电机移动数码相机对样本进行拍摄，但当数码相机通过体视显微镜拍摄样品时，由于体视显微镜体积庞大，镜头结构和观测结构复杂，不易移动，因此该方法不能用于体视显微镜对样本的观测拍摄工作。

发明内容

本发明提出一种精密数控实验动物图像采集装置，能在体视显微镜下自动精密移动实验样本，同时控制数码相机在设定的坐标处对样本进行拍照，可以较大地提升研究人员对实验样本的拍摄效率。

本发明采用以下技术方案。

一种精密数控实验动物图像采集装置，所述采集装置包括拍摄模块、图像处理模块、体视显微镜和滑台系统，所述拍摄模块分别连接至体视显微镜、滑台系统和图像处理模块，该拍摄模块在滑台系统的控制下经体视显微镜获取图像，并把图像传输给图像处理模块，所述图像处理模块包括缓存和与缓存连接的处理器，所述滑台系统位于体视显微镜旁侧，其包括X轴滑台、Y轴滑台、驱动模块和透明载板，所述驱动模块包括运动控制器和步进电机，X轴、Y轴滑台连接至驱动模块，经驱动模块驱动在X轴、Y轴方向滑移，所述透明载板固接于Y轴滑台上，透明载板靠体视显微镜的一侧伸出Y轴滑台外，伸出滑台外的透明载板部位处设有用于放置实验动物样本的拍摄区，当采集装置工作时，滑台运载位于拍摄区的实验动物样本至体视显微镜下开始拍摄流程，在拍摄流程中，滑台在驱动模块的驱动下按设定坐标进行运动和停止，在拍摄流程中，滑台系统控制拍摄模块在滑台停止时通过体视显微镜对透明载板上的样本进行拍摄，拍摄图像存储于图像处理模块的缓存内，由处理器对拍摄图像进行处理后输出至外部。

当拍摄流程中，对同一样本的拍摄图片超过一张时，图像处理模块把缓存内的多张图片拼接为一张后输出至外部。

所述运动控制器包括可编程控制器和步进电机驱动器，所述可编程控制器为广州汇程机电科技有限公司生产的HC130-2型两轴运动可编程控制器，所述步进电机驱动器为雷赛M542型驱动器；所述X轴、Y轴滑台的传动机构均包括滚珠丝杆。

所述步进电机驱动器运行参数中，输出驱动电流设为3A，静态电流设为动态电流的50%，微步细分精度设为25000步数/转；所述可编程控制器的电子齿轮比为25/4。

所述拍摄模块为数码相机，其型号为OLYMPUS SZ-16，所述体视显微镜型号为moticam1300。

所述拍摄流程中，透明载板上的拍摄区相对体视显微镜的镜头的运动轨迹呈弓形，运动轨迹上的停止点在X轴方向和Y轴方向均匀分布。

所述体视显微镜的镜头下方设有光源，当透明载板上的拍摄区被运至镜头处时，所述光源位于透明载板下方，其光线从拍摄区下方照射实验动物样本。

所述滑台系统运载实验动物样本至拍摄点后，静止四秒以上后再控制拍摄模块进行拍摄。

本发明所述装置包括拍摄模块、图像处理模块、体视显微镜和滑台系统，所述拍摄模块分别连接至体视显微镜、滑台系统和图像处理模块，在滑台系统的控制下经体视显微镜获取图像，并把图像传输给图像处理模块，当拍摄流程中对同一样本的拍摄图片超过一张时，图像处理模块把缓存内的多张图片拼接为一张后输出至外部，这样的构造使得拍摄模块能够控制拍摄点坐标，使得拍摄动作能自动化有序进行，无需人工干预，有利于提升拍摄效率，且拍摄区域能均匀分布于样本上，便于拍摄完成后的图像拼接处理。

本发明使用滑台来运载样本在体视显微镜下移动，由于样本通常较轻，因此传运机构可以用相对较小的传动机构，精密精确地实现滑台动作的快速启停，启停过程震动较小，这不仅有利于提高拍摄时的定位精度，而且可以实现高速完成同一样本的分区域拍摄，使同一样本的分区域照片的拍摄时间尽可能地接近，这样拼接后的全景照片更有学术价值。

本发明所用滑台由两个独立的X轴、Y轴滑台组合而成同，在传动机构上使用了滚珠丝杆，这使得本发明的滑台在配合步进电机时，具备很高的运动精度，有提于提高拍摄时的定位精度，且滑台能以很小的步长进行精密移动，有助于研究人员更细致地观察样本，并对样本进行座标计录。

本发明的体视显微镜的镜头下方设有光源，当透明载板上的拍摄区被运至镜头处时，所述光源位于透明载板下方，其光线从拍摄区下方照射实验动物样本，这样的设计，使得本发明所述装置在拍摄透明、半透明样品时，可以籍由样品下方的透射光，拍摄到样品内的结构，提升拍摄照片的学术价值。

本产品自动对样本进行移动，无需人工干预，减少了人工操作环节对实验样本的影响，使得拍摄的照片更有学术价值。

滑台系统运载实验动物样本至拍摄点后，静止四秒以上后再控制拍摄模块进行拍摄，这使得拍摄模块在拍摄时，装置的传动机构处于完全静止的状态，避免对显微图像的拍摄产生干扰。

拍摄流程中，透明载板上的拍摄区相对体视显微镜的镜头的运动轨迹呈弓形，运动轨迹上的停止点在X轴方向和Y轴方向均匀分布，这使得拍摄流程的滑台运动较为平稳，对显微图像的拍摄较为有利，且每次运行的启停点均严格分布于X轴或Y轴上，步长均相同，有助于保证滑台的运行定位精度，不会因复杂的轨迹插补降低定位精度。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明；

附图1是本发明所述装置的示意图；

附图2是本发明所述装置的X轴、Y轴滑台的示意图；

附图3是本发明所述装置以“弓”字形轨迹进行拍摄的流程图；

附图4是本发明所述装置对样品按弓形轨迹分区域拍摄的示意图；

附图5是本发明所述装置拼接附图4内分区域拍摄图片的结果图；

图中：1-拍摄模块，2-体视显微镜，3-镜头，4-实验动物样本，5-拍摄区，6-透明载板，7-Y轴滑台，8-X轴滑台，9-光源，10-滚珠丝杆，11-步进电机。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种精密数控实验动物图像采集装置，所述采集装置包括拍摄模块1、图像处理模块、体视显微镜2和滑台系统，所述拍摄模块1分别连接至体视显微镜2、滑台系统和图像处理模块，该拍摄模块1在滑台系统的控制下经体视显微镜2获取图像，并把图像传输给图像处理模块，所述图像处理模块包括缓存和与缓存连接的处理器，所述滑台系统位于体视显微镜2旁侧，其包括X轴滑台8、Y轴滑台7、驱动模块和透明载板6，所述驱动模块包括运动控制器和步进电机11，X轴、Y轴滑台8和7连接至驱动模块，经驱动模块驱动在X轴、Y轴方向滑移，所述透明载板6固接于Y轴滑台7上，透明载板6靠体视显微镜的一侧伸出Y轴滑台7外，伸出滑台外的透明载板部位处设有用于放置实验动物样本的拍摄区5，当采集装置工作时，滑台运载位于拍摄区的实验动物样本4至体视显微镜下开始拍摄流程，在拍摄流程中，滑台在驱动模块的驱动下按设定坐标进行运动和停止，在拍摄流程中，滑台系统控制拍摄模块1在滑台停止时通过体视显微镜2对透明载板6上的样本4进行拍摄，拍摄图像存储于图像处理模块的缓存内，由处理器对拍摄图像进行处理后输出至外部。

当拍摄流程中，对同一样本4的拍摄图片超过一张时，图像处理模块把缓存内的多张图片拼接为一张后输出至外部。

所述运动控制器包括可编程控制器和步进电机驱动器，所述可编程控制器为广州汇程机电科技有限公司生产的HC130-2型两轴运动可编程控制器，所述步进电机驱动器为雷赛M542型驱动器；所述X轴、Y轴滑台的传动机构均包括滚珠丝杆。

所述步进电机驱动器运行参数中，输出驱动电流设为3A，静态电流设为动态电流的50%，微步细分精度设为25000步数/转；所述可编程控制器的电子齿轮比为25/4。

所述拍摄模块1为数码相机，其型号为OLYMPUS SZ-16，所述体视显微镜2型号为moticam1300。

所述拍摄流程中，透明载板6上的拍摄区5相对体视显微镜2的镜头3的运动轨迹呈弓形，运动轨迹上的停止点在X轴方向和Y轴方向均匀分布。

所述体视显微镜2的镜头3下方设有光源9，当透明载板6上的拍摄区5被运至镜头3处时，所述光源9位于透明载板6下方，其光线从拍摄区下方照射实验动物样本4。

所述滑台系统运载实验动物样本4至拍摄点后，静止四秒以上后再控制拍摄模块1进行拍摄。

实施例：

在某一研究课题中，需拍摄活体小鼠耳朵在透视光下的体视显微镜图像，研究人员把麻醉后的小鼠置于透明载板6上，并把鼠耳置于拍摄区5处，打开光源9，调节光源9的光线强度，并对体视显微镜2进行调节，以确保能在体视显微镜2下能清晰观测到鼠耳图像，同时可籍由光源9光线经鼠耳透射而观察到血管，调整滑台系统，设定以弓形轨迹进行拍摄，并使体视显微镜2的观察图像位于拍摄轨迹的起点，启动拍摄流程，如图3所示，本装置在流程开始并初始化完成后，延时等待4秒，确保装置传动机件完全静止，以满足拍摄显微图像的镜头稳定要求，滑台系统控制拍摄模块1通过体视显微镜2拍摄显微图片，然后X轴滑台8以300mm/min的速度移动-5mm，到达下一拍摄点，再次延时等待4秒后进行拍摄，同时判断当前拍摄区5的坐标是否处于拍摄轨迹拐点，如否，则X轴滑台8以300mm/min的速度移动-5mm，到达下一拍摄点，如是，则Y轴滑台7以240mm/min的速度移动4mm，到达下一拍摄点，如是循环，使拍摄区5相对镜头3做弓字形轨迹运动，直至Y轴滑台7的最大位移达到16mm，拍摄图像完全覆盖样本4（鼠耳），拍摄模块1拍摄图片完成后，把拍摄图像存储于图像处理模块的缓存内，图像处理模块按照拍摄图像在拍摄区5处的分布，对拍摄图像进行拼接处理，生成全景图像。

Claims (7)

1.一种精密数控实验动物图像采集装置，其特征在于：一种精密数控实验动物图像采集装置，所述采集装置包括拍摄模块、图像处理模块、体视显微镜和滑台系统，所述拍摄模块分别连接至体视显微镜、滑台系统和图像处理模块，该拍摄模块在滑台系统的控制下经体视显微镜获取图像，并把图像传输给图像处理模块，所述图像处理模块包括缓存和与缓存连接的处理器，所述滑台系统位于体视显微镜旁侧，其包括X轴滑台、Y轴滑台、驱动模块和透明载板，所述驱动模块包括运动控制器和步进电机，X轴、Y轴滑台连接至驱动模块，经驱动模块驱动在X轴、Y轴方向滑移，所述透明载板固接于Y轴滑台上，透明载板靠体视显微镜的一侧伸出Y轴滑台外，伸出滑台外的透明载板部位处设有用于放置实验动物样本的拍摄区，当采集装置工作时，滑台运载位于拍摄区的实验动物样本至体视显微镜下开始拍摄流程，在拍摄流程中，滑台在驱动模块的驱动下按设定坐标进行运动和停止，在拍摄流程中，滑台系统控制拍摄模块在滑台停止时通过体视显微镜对透明载板上的样本进行拍摄，拍摄图像存储于图像处理模块的缓存内，由处理器对拍摄图像进行处理后输出至外部；

所述体视显微镜的镜头下方设有光源，当透明载板上的拍摄区被运至镜头处时，所述镜头下方的光源位于透明载板下方，镜头下方的光源其光线从拍摄区下方照射实验动物样本；

镜头下方的光源的光线强度可调；

所述拍摄模块为数码相机；

当拍摄活体组织在透视光下的体视显微镜图像时，滑台系统设定以弓形轨迹进行拍摄；

X轴、Y轴滑台在传动机构上使用了滚珠丝杆配合步进电机的方案；

在拍摄显微图像时，滑台每次运行的启停点均严格分布于X轴或Y轴上，每次运行的步长均相同；

当需对立体样本进行体视显微镜立体成像的图像拍摄和拼接时，拍摄模块向图像处理模块输出的各拍摄点拍摄图像中，样品及载板的摄入区域为一圆形区，各图像内的圆形区大小相同，各拍摄图像内的圆形区的圆心位于拍摄图像的中心。

2.根据权利要求1所述的一种精密数控实验动物图像采集装置，其特征在于：当拍摄流程中，对同一样本的拍摄图片超过一张时，图像处理模块把缓存内的多张图片拼接为一张后输出至外部。

3.根据权利要求1所述的一种精密数控实验动物图像采集装置，其特征在于：所述运动控制器包括可编程控制器和步进电机驱动器；所述X轴、Y轴滑台的传动机构均包括滚珠丝杆。

4.根据权利要求3所述的一种精密数控实验动物图像采集装置，其特征在于：所述步进电机驱动器运行参数中，输出驱动电流设为3A，静态电流设为动态电流的50%，微步细分精度设为25000步数/转；所述可编程控制器的电子齿轮比为25/4。

5.根据权利要求1所述的一种精密数控实验动物图像采集装置，其特征在于：所述拍摄模块为数码相机。

6.根据权利要求1所述的一种精密数控实验动物图像采集装置，其特征在于：所述拍摄流程中，透明载板上的拍摄区相对体视显微镜的镜头的运动轨迹呈弓形，运动轨迹上的停止点在X轴方向和Y轴方向均匀分布。

7.根据权利要求1所述的一种精密数控实验动物图像采集装置，其特征在于：所述滑台系统运载实验动物样本至拍摄点后，静止四秒以上后再控制拍摄模块进行拍摄。