CN105120161A - 一种基于摄像头的全自动显微镜控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于摄像头的全自动显微镜控制系统，包含CCD摄像头、行帧分离模块、行同步模块、帧同步模块、视频信号模块、带通滤波器、A/D转换器、微控制器模块、CPLD模块、步进电机，所述CCD摄像头依次通过视频信号模块、带通滤波器、A/D转换器连接微控制器模块，所述微控制器模块通过CPLD模块连接步进电机，所述步进电机输出端连接CCD摄像头的输入端，所述CCD摄像头还连接行帧分离模块，所述行帧分离模块分别通过行同步和帧同步连接微控制器模块。

Description

一种基于摄像头的全自动显微镜控制系统

技术领域

本发明涉及一种显微镜控制系统，尤其涉及一种基于摄像头的全自动显微镜控制系统；

属于显微镜自动控制领域。

背景技术

显微镜广泛应用于各个领域，是一种常见的光学仪器。仪器自动化、智能化的发展对显微镜的自动化程度提出了更高的要求,应用中急需全自动控制显微镜系统。全自动控制显微镜系统的核心部分是自动聚焦技术,因此如何有效地实现显微镜的自动聚焦成为提高显微分析系统性能、实现高精度测量的关键问题。

显微镜聚焦方法目前主要可以分成两大类：一类是激光共焦法[1]。它是利用激光束经照明针孔形成点光源，对标本内焦平面的每一点扫描，标本上的被照射点，在探测孔处成像，由探测孔后的光电倍增管(PMT)接收，迅速在计算机屏幕上形成荧光图像。该方法复杂度高，不易实现。另一类方法是通过焦面图像与非焦面图像的锐度、边缘等特征来实现自动聚焦[2],如运用绝对方差函数、平面微分平方和函数、灰度梯度算子函数、灰度差分法、能量谱函数、小波变换、罗伯茨算子、拉普拉斯算子等评价函数，该方法对硬件处理速度要求高，因此对其进一步发展有一定的局限性。

例如申请号为“200710118135.8”的一种自动控制数码显微镜光源的方法,包括以下步骤:1)显微镜端的图像传感器根据寄存器内保存的曝光时间数值获得图像数据,图像数据发送给控制器,再通过显微镜端传输模块发送给计算机端；2)计算机端的计算机传输模块接收显微镜端发送过来的图像数据,再发送给处理模块；3)所述处理模块根据接收到的数据结合预设的算法进行计算,计算出该次获得图像的明亮度数值,并与事先设定在计算机端存储单元内的图像明亮度数值范围和/或曝光时间数值范围进行比较,进而由指令生存单元生成显示输出图像指令、调节曝光时间或是调节显微镜的光源的亮度的指令；4)根据步骤3)生成指令执行步骤1)或5)；5)输出显示该次图像。

又如申请号为“201010297468.3”种基于便携桥搭结构的显微镜自动控制台,控制平台上面连接放置显微镜的中央放置台,控制平台上分别设置粗、细调焦控制机构、随动升降台和光源控制机构,粗、细调焦控制机构分别分布于中央放置台左右两侧、且均由一带动显微镜焦距调节旋钮旋转的可控伸缩式桥搭结构组成；位于中央放置台一侧的随动升降台上设有均由一双伸缩柱链条桥搭结构和一旋转桥搭结构组合成的显微镜载物台的X、Y向控制机构；显微镜的上部设置图像扫描摄像机,图像扫描摄像机连接计算机；本发明解决了直接对旋钮控制的打滑及失步问题,控制简单、实用、方便且容易用于其它显微镜。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种基于摄像头的全自动显微镜控制系统。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案

一种基于摄像头的全自动显微镜控制系统，包含CCD摄像头、行帧分离模块、行同步模块、帧同步模块、视频信号模块、带通滤波器、A/D转换器、微控制器模块、CPLD模块、步进电机，所述CCD摄像头依次通过视频信号模块、带通滤波器、A/D转换器连接微控制器模块，所述微控制器模块通过CPLD模块连接步进电机，所述步进电机的输出端连接CCD摄像头的输入端，所述CCD摄像头连接行帧分离模块，所述行帧分离模块分别通过行同步模块和帧同步模块连接微控制器模块；

其中，CCD摄像头，用于实时采集切片对象的光学图像；

视频信号模块，用于将采集的光学图像转换成模拟图像的视频信号；

带通滤波器，用于滤掉视频信号的高频噪声和低频信号；

A/D转换器，用于将过滤后的视频模拟信号转换成视频数字信号，进而传输至微控制器模块；

行帧分离模块，用于将CCD摄像头采集的光学图像进行行帧分离；

行同步模块，用于进行行同步；

帧同步模块，用于进行帧同步；

微控制器模块，用于在行同步和帧同步的的控制下，根据接收的视频数字信号通过CPLD模块驱动步进电机的转动方向，改变CCD摄像头的焦距，从而获得清晰的图像实现自动聚焦。

作为本发明一种基于摄像头的全自动显微镜控制系统的进一步优选方案，所述CCD摄像头的芯片型号为DGT-004。

作为本发明一种基于摄像头的全自动显微镜控制系统的进一步优选方案，所述微控制器模块采用ARM系列单片机。

作为本发明一种基于摄像头的全自动显微镜控制系统的进一步优选方案，所述A/D转换器的芯片型号为ML14433。

作为本发明一种基于摄像头的全自动显微镜控制系统的进一步优选方案，所述步进电机的芯片型号为86BYG。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明将模拟图像的视频信号转换为数字图像，而是直接截取各点的模拟视频信号，进行实时分析与处理，得到图像正确聚焦与否的判据参数，给出反馈信号，控制电机的运动方向，调节系统使之处于正确聚焦状态，实现自动聚焦。大大简化了图像处理的过程，缩短了自动聚焦时间；

2、本发明通过改善聚焦算法和改变硬件电路的结构来实现显微镜的快速聚焦，从而提高了显微镜聚焦的精度；

3、本发明采用ARM系列单片机提高了系统的可靠性，且专用性强，功耗低。

附图说明

图1是本发明的结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，一种基于摄像头的全自动显微镜控制系统，包含CCD摄像头、行帧分离模块、行同步模块、帧同步模块、视频信号模块、带通滤波器、A/D转换器、微控制器模块、CPLD模块、步进电机，所述CCD摄像头依次通过视频信号模块、带通滤波器、A/D转换器连接微控制器模块，所述微控制器模块通过CPLD模块连接步进电机，所述步进电机的输出端连接CCD摄像头的输入端，所述CCD摄像头连接行帧分离模块，所述行帧分离模块分别通过行同步模块和帧同步模块连接微控制器模块；

其中，CCD摄像头，用于实时采集切片对象的光学图像；

视频信号模块，用于将采集的光学图像转换成模拟图像的视频信号；

带通滤波器，用于滤掉视频信号的高频噪声和低频信号；

A/D转换器，用于将过滤后的视频模拟信号转换成视频数字信号，进而传输至微控制器模块；

行帧分离模块，用于将CCD摄像头采集的光学图像进行行帧分离；

行同步模块，用于进行行同步；

帧同步模块，用于进行帧同步；

微控制器模块，用于在行同步和帧同步的的控制下，根据接收的视频数字信号通过CPLD模块驱动步进电机的转动方向，改变CCD摄像头的焦距，从而获得清晰的图像实现自动聚焦。

其中，所述CCD摄像头的芯片型号为DGT-004，所述微控制器模块采用ARM系列单片机，所述A/D转换器的芯片型号为ML14433，所述步进电机的芯片型号为86BYG。

本发明采用用ARM7来代替计算机，因为其软件不是存储于磁盘等载体中，而是固化在存储器芯片里，可以快速地响应外部时间，同时也大大提高了系统的可靠性，且专用性强，功耗低。

本发明与基于数字图像处理与分析的显微镜自动聚焦方法相比较，这种方法不需要将模拟图像的视频信号转换为数字图像，而是直接截取各点的模拟视频信号，进行实时分析与处理，得到图像正确聚焦与否的判据参数，给出反馈信号，控制电机的运动方向，调节系统使之处于正确聚焦状态，实现自动聚焦。这就大大简化了图像处理的过程，缩短了自动聚焦时间。

本发明以ARM7芯片LPC2132为核心的开发板作为开发平台,并移植μC/OS—II操作系统实现多任务处理，直接截取图像的视频信号进行实时处理，得到图像聚焦的判据参数，极大的提高了聚焦速度，与传统的方法相比，本系统中被测目标由CCD模拟摄像头在行同步和帧同步的控制下，将光学图像转换成模拟图像的视频信号，经带通滤波器滤掉高频噪声和低频信号，留下代表图像清晰与否的高频信号，直接输入ARM7的A/D端口，对信号进行采集、处理，判断系统的焦面状态，并将结果输出给CPLD，而CPLD则根据ARM7输入的PWM控制信号来驱动步进电机的转动方向，改变CCD摄像头的焦距，从而获得最清晰的图像实现自动聚焦。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.一种基于摄像头的全自动显微镜控制系统，其特征在于：包含CCD摄像头、行帧分离模块、行同步模块、帧同步模块、视频信号模块、带通滤波器、A/D转换器、微控制器模块、CPLD模块、步进电机，所述CCD摄像头依次通过视频信号模块、带通滤波器、A/D转换器连接微控制器模块，所述微控制器模块通过CPLD模块连接步进电机，所述步进电机的输出端连接CCD摄像头的输入端，所述CCD摄像头连接行帧分离模块，所述行帧分离模块分别通过行同步模块和帧同步模块连接微控制器模块；

其中，CCD摄像头，用于实时采集切片对象的光学图像；

视频信号模块，用于将采集的光学图像转换成模拟图像的视频信号；

带通滤波器，用于滤掉视频信号的高频噪声和低频信号；

A/D转换器，用于将过滤后的视频模拟信号转换成视频数字信号，进而传输至微控制器模块；

行帧分离模块，用于将CCD摄像头采集的光学图像进行行帧分离；

行同步模块，用于进行行同步；

帧同步模块，用于进行帧同步；

微控制器模块，用于在行同步和帧同步的的控制下，根据接收的视频数字信号通过CPLD模块驱动步进电机的转动方向，改变CCD摄像头的焦距，从而获得清晰的图像实现自动聚焦。

2.根据权利要求1所述的一种基于摄像头的全自动显微镜控制系统，其特征在于：所述CCD摄像头的芯片型号为DGT-004。

3.根据权利要求1所述的一种基于摄像头的全自动显微镜控制系统，其特征在于：所述微控制器模块采用ARM系列单片机。

4.根据权利要求1所述的一种基于摄像头的全自动显微镜控制系统，其特征在于：所述A/D转换器的芯片型号为ML14433。

5.根据权利要求1所述的一种基于摄像头的全自动显微镜控制系统，其特征在于：所述步进电机的芯片型号为86BYG。