CN109363617A - 一种基于液体镜头的可变焦口腔数字观察仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于液体镜头的可变焦口腔数字观察仪，包括镜头模块、控制模块和图像传感器，其中，镜头模块包括液体镜头，控制模块包括处理器、液体镜头驱动单元和手动聚焦控制输入端，处理器连接图像传感器，液体镜头驱动单元分别连接手动聚焦控制输入端和液体镜头，图像传感器将输入的光学信号转化为数字电信号输出至处理器，液体镜头驱动单元将手动聚焦控制输入端的输入信号转化为驱动信号，控制液体镜头进行调焦。与现有技术相比，本发明使数字观察仪结构设计得到了较大的简化，可以在一个很小的固定距离范围内实现变焦系统；液体镜头极大的变焦范围使得其可以适应极宽距离范围的变焦和聚焦，更加适用于复杂的口腔环境。
Description
技术领域
本发明涉及一种医疗设备技术领域，尤其是涉及一种基于液体镜头的可变焦口腔数字观察仪。
背景技术
近年来，随着口腔数字化的发展，口腔数字观察仪在口腔临床医学中得到迅速普及与广泛应用。它通过在自备光源的照明下，对口内组织进行观测，获取其细节，通过光学镜头成像在对应的CMOS或者CCD图像传感器上，进而经过光电转换和图像信号处理后送到显示器上，显示清晰放大的图像供牙医观察，进而帮助牙医进行临床诊断或治疗。口腔观察仪的使用，能够帮助牙医观测到肉眼和口镜很难看清的关键部位，比如髓腔内的根管口的位置、观后牙预备后颈缘的形状、根管内的侧穿孔等。另外，口腔数字观察仪通过对口内组织的数字化成像，有助于对临床数据进行数字化管理，从而提高了牙科诊所的信息化程度。
由于口腔数字观察仪在对口内组织进行观测的过程中，需要对不同距离的组织进行成像。口腔数字观察仪一般采用定焦和变焦两种不同的方式来解决这个问题。采用定焦方式的口腔数字观察仪在当前市场上使用较多，但是定焦方式存在观察距离受限、图像质量较差的特点。采用变焦方式的口腔数字观察仪可以调节镜头的焦距，消除了观察范围的限制，但是仍存在以下缺点：
一、对于手动调焦的设计，现有的口腔数字观察仪都是使用光学镜头实现变焦，设备较大，操作不方便，其结构设计需要手动控制光学镜头组的移动，一方面带来了较为复杂的结构设计；另外一方面，较难完成精确的数字化控制。
二、对于自动变焦的设计，在临床应用中，由于硬件条件的限制，以及自动聚焦算法的本身局限性(需要首先对已采集的若干帧视频数据进行计算，以及其本身存在的计算复杂度)，导致了调焦过程较长，在调焦过程中图像变得模糊，影响用户体验。并且，由于口腔内成像环境的复杂性，从而较大地影响了自动聚焦算法执行结果的准确性。同时，当前口腔数字观察仪的在自动调焦过程中，无法增添牙医的干预输入，从而不可避免地在临床上存在如下情况：即口腔数字观察仪自动聚焦的目标区域与牙医感兴趣的观测区域存在偏差。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于液体镜头的可变焦口腔数字观察仪。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于液体镜头的可变焦口腔数字观察仪，包括镜头模块、控制模块和图像传感器，其中，所述的镜头模块包括液体镜头，所述的控制模块包括处理器、液体镜头驱动单元和手动聚焦控制输入端，所述的处理器连接图像传感器，所述的液体镜头驱动单元分别连接手动聚焦控制输入端和液体镜头，图像传感器将输入的光学信号转化为数字电信号输出至处理器，液体镜头驱动单元将手动聚焦控制输入端的输入信号转化为驱动信号，控制液体镜头进行调焦。
进一步地，所述的处理器连接液体镜头驱动单元，所述的手动聚焦控制输入端通过处理器连接液体镜头驱动模块。
进一步地，所述处理器为包含聚焦算法的处理器，该处理器根据图像传感器的输入信号通过聚焦算法进行运算，结合手动聚焦控制输入端的输入信号综合调节液体镜头驱动单元输出的驱动信号，控制液体镜头进行调焦。
进一步地，还包括聚焦控制命令综合单元，所述的聚焦控制命令综合单元分别连接处理器和液体镜头驱动模块，所述的手动聚焦控制输入端通过聚焦控制命令综合单元连接液体镜头驱动模块，所述的聚焦控制命令综合单元分别接收来自处理器的输入信号和手动聚焦单元的输入信号进行综合运算，控制液体镜头驱动单元对液体镜头进行调焦。
进一步地，所述处理器为包含聚焦算法的处理器，该处理器根据图像传感器的输入信号通过聚焦算法进行运算，输出信号至聚焦控制命令综合单元。
进一步地，所述的手动输入控制端包括按键、滚轮、触控板或转盘。
进一步地，所述镜头模块还包括光学镜头模组。
进一步地，所述的处理器为CPU、GPU或集成芯片。
进一步地，所述的聚焦控制命令综合单元为集成电路模块。
进一步地，还包括显示单元或显示接口，所述的处理器连接显示单元或显示接口。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明在口腔数字观察仪中使用了液体镜头的光学设计，使数字观察仪结构设计得到了较大的简化，液体镜头通过改变液体的压力来调整焦距，不再需要手动控制光学镜头组的移动，这样设备可以在一个很小的固定距离范围内实现变焦系统；液体镜头极大的变焦范围使得其可以适应极宽距离范围的变焦和聚焦，更加适用于复杂的口腔环境。
2、本发明通过控制模块中处理器、液体镜头驱动单元和手动聚焦控制输入端不同的组合连接方式，实现全手动和半自动的两种变焦功能，操作方便，使用范围广泛。
3、手动聚焦控制输入端直接连接液体镜头驱动单元或者通过处理器间接连接液体镜头驱动单元，实现了全手动的变焦调整功能，通过液体镜头的驱动模块，可以对液体镜头进行数字化控制，从而使得手动变焦也能进行精确的数字化变焦控制。
4、本发明对传统基于自动变焦的口腔数字观察仪的改进，将手动变焦输入与传统的自动变焦方法相结合，实现了更为精确的半自动调焦算法。将手动聚焦控制输入端连接具有聚焦算法处理器或者将处理器和手动聚焦控制输入端同时连接聚焦控制命令综合单元，通过手动输入作用于处理器中的聚焦算法。与传统的自动变焦设计相比，增加了手动变焦输入信息的半自动变焦方法有助于减少调焦时间，提高用户体验；可根据需要，直接手动为处理器提供正确的聚焦值曲线搜索方向，一方面减少了算法的计算时间，缩短了调焦过程，另一方面减少了执行错误的可能。
5、本方明通过半自动调焦算法还可以实现对手动聚焦控制输入端和处理器的输入的综合优化和控制，通过设计合理的输出控制逻辑，能够实现手动聚焦优先于自动聚焦，让搜索结果落在任何聚焦位置。即能够在口腔数字观察仪的变焦过程中，增添使用人员的干预输入，从而让口腔数字观察仪变焦的目标区域与感兴趣的观测区域匹配。
附图说明
图1为实施例一的结构示意图；
图2为实施例二的结构示意图；
图3为实施例三的结构示意图；
图4为实施例四的结构示意图；
图5为实施例五的结构示意图；
图6为液体镜头的原理示意图；
图7为聚焦值曲线示意图；
图8为具有局部极大值的聚焦值曲线示意图；
图9为光学镜头模组构成示意图；
附图标记：1、观测目标，2、光学镜头模组，3、液体镜头，4、图像传感器，5、液体镜头驱动单元，6、手动聚焦控制输入端，7、处理器，8、聚焦控制命令综合单元，9、屋脊棱镜，10、物镜，11、凹平面透镜，12、弯月透镜。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例一：
如图1所示，本实施例提供了一种基于液体镜头的可变焦口腔数字观察仪，包括镜头模块、控制模块、图像传感器4和显示单元(图中未示出)，其中，所述的镜头模块包括液体镜头3，所述的控制模块包括处理器7、液体镜头驱动单元5和手动聚焦控制输入端6，所述的处理器7连接图像传感器4，所述的液体镜头驱动单元5分别连接手动聚焦控制输入端6和液体镜头3，液体镜头驱动单元5将手动聚焦控制输入端6的输入信号转化为驱动信号，控制液体镜头3进行调焦。手动聚焦控制输入端6与液体镜头驱动单元5直接相连，用户可以通过手动聚焦控制输入端6，以按键、滚轮、触控板或转盘等形式，实现对液体镜头驱动单元5的输入控制。液体镜头驱动单元5与液体镜头3相连，通过输入端输入不同的控制信号，从而改变液体镜头3中两种液体交接处月牙形表面的形状，实现焦距的变化。图像传感器4与处理器7相连，图像传感器4通过光电转化后，将光学信号变成数字电信号，传递给处理器7进行处理，并且在显示单元上进行显示。处理器7不限于CPU、GPU，也包含任何具备运算能力的集成芯片(如单片机、ARM、CPLD、FPGA或DSP芯片等)，本实施例中处理器7采用STM32F429单片机，液体镜头驱动单元5为一块驱动电路板，内含有10位的DA转换芯片DAC900E，通过接收到手动聚焦控制输入端6的控制信号后，该驱动电路板首先将输入的控制信号转化为DA转换芯片的10位数据输入，然后通过DA转换芯片，将10位的数据输入转化为不同的电压输出，进而通过运算放大电路后传输给液体镜头3，即通过电压的不同，从而改变液体镜头3中两种液体交接处月牙形表面的形状，完成调焦过程。图像传感器4采用CMOS传感器，显示单元为外接的显示器。
所述的镜头模块还包括光学镜头模组2，如图9所示，本实施例中，光学镜头模组2可由凹平面透镜11、屋脊棱镜9、物镜10和弯月透镜12构成。首先选择一个大视场的三片物镜10作为初始结构。另外，为了减少屋脊棱镜9的尺寸，可再屋脊棱镜9前加入一个凹平透镜，平面和屋脊棱镜9密接。最后，可按照需要，增加一弯月透镜12来校正场曲。光学镜头模组2在具体实施过程中可按照需要灵活调整，不仅仅限于此种构成。
光学镜头模组2设置于观测目标1和液体镜头3之间，光学镜头模组2和液体镜头3组成了相关的光路设计部分，帮助观测目标完成了其在图像传感器4上的成像，液体镜头3根据用户对手动聚焦控制输入端6的输入，完成了对应的变焦功能。在其他实施例中，对光学镜头模组2进行调整后，可设置于液体镜头3和图像传感器4之间或者在观测目标1和液体镜头3之间、液体镜头3和图像传感器4之间均设有光学镜头模组2。
传统的变焦镜头是通过调整两个固定焦距的镜头之间的距离来实现变焦的。如图6所示，传导型液体镜头3使用两种不能融合的液体，每一种液体拥有不同的折射率，生成一种与传统的高质量的光学镜头一样的可变聚焦镜头，而镜头大小却可以减少到10mm，甚至更小。两种液体，其中一种是导电的水性溶液，另一种是不导电的油。这两种液体被装在小型管状容器中，在容器内形成相当于玻璃镜头的月牙型的曲面，曲面的曲率就是液体镜头3的焦距。油的抗水表面的湿润效果可以使用电压来改变(故名电润湿)，令表面变得更亲水(湿润)或更抗水。由于原先抗水(或亲水)的表面现在变得更吸水(或抗水)，油层不得不改变其形式，因此，通过调整在容器两端的直流电电压，就可以改变两种不同的液体交接处月牙形表面的曲率，也就是镜头的焦距。液体镜头3每次的变焦过程所消耗的能量仅为0.1微焦耳(mJ)，而变焦所用的时间从最极端的凸面到凹面也仅需几微秒。另外，两种液体的边界非常光滑和规整，使得液体镜头3可以应用在空间狭小的其他领域。
实施例二：
如图2所示，本实施例提供了一种基于液体镜头的可变焦口腔数字观察仪，包括镜头模块、控制模块、图像传感器4和显示单元，其中，所述的镜头模块包括液体镜头3，所述的控制模块包括处理器7、液体镜头驱动单元5和手动聚焦控制输入端6，所述的处理器7连接图像传感器4，所述的液体镜头驱动单元5连接液体镜头3，处理器7连接液体镜头驱动单元5，所述的手动聚焦控制输入端6通过处理器7间接连接液体镜头3驱动模块。手动聚焦控制输入端6的输入信号依次经过处理器7和液体镜头驱动单元5转化为驱动信号，控制液体镜头3进行调焦。手动聚焦控制输入端6与液体镜头驱动单元5间接相连，用户可以通过手动聚焦控制输入端6，以按键、滚轮、触控板或转盘等形式，实现对液体镜头驱动单元5的输入控制。液体镜头驱动单元5与液体镜头3相连，通过输入端输入不同的控制信号，从而改变液体镜头3中两种液体交接处月牙形表面的形状，实现焦距的变化。图像传感器4与处理器7相连，图像传感器4通过光电转化后，将光学信号变成数字电信号，传递给处理器7进行处理，并且在显示单元上进行显示。处理器7不限于CPU、GPU，也包含任何具备运算能力的集成芯片(如单片机、ARM、CPLD、FPGA或DSP芯片等)，本实施例中处理器7采用ARM926EJ-S型号的ARM，液体镜头驱动单元5为一块驱动电路板，内含有一款具有I2C接口的液体镜头驱动芯片HV892，液体镜头驱动芯片通过I2C接口与处理器7相连，处理器7接收到手动聚焦控制输入端6的控制信号后，通过I2C接口，将控制信号所表示的信息传输给液体镜头驱动芯片，液体镜头驱动芯片接收到控制信号后，则控制驱动电路板输出不同大小的电压，进而传输给液体镜头3，即通过电压的不同，从而改变液体镜头3中两种液体交接处月牙形表面的形状，完成调焦过程。图像传感器4采用CCD传感器，显示单元为外接的显示器。
所述的镜头模块还包括光学镜头模组2，本实施例的光学镜头模组2的设置和实施例一相同。光学镜头模组2设置于观测目标1和液体镜头3之间，光学镜头模组2和液体镜头3组成了相关的光路设计部分，帮助观测目标完成了其在图像传感器4上的成像，液体镜头3根据用户对手动聚焦控制输入端6的输入，完成了对应的变焦功能。在其他实施例中，对光学镜头模组2调整后，可设置于液体镜头3和图像传感器4之间或者在观测目标1和液体镜头3之间、液体镜头3和图像传感器4之间均设有光学镜头模组2。
实施例三：
如图3所示，本实施例提供了一种基于液体镜头的可变焦口腔数字观察仪，包括镜头模块、控制模块、图像传感器4和显示单元，其中，所述的镜头模块包括液体镜头3，所述的控制模块包括处理器7、液体镜头驱动单元5和手动聚焦控制输入端6，所述的处理器7连接图像传感器4，所述的液体镜头驱动单元5连接液体镜头3，处理器7连接液体镜头驱动单元5，所述的手动聚焦控制输入端6通过处理器7间接连接液体镜头3驱动模块。所述处理器7为包含聚焦算法的处理器7，该处理器7根据图像传感器4的输入信号通过聚焦算法进行运算，结合手动聚焦控制输入端6的输入信号综合调节液体镜头驱动单元5输出的驱动信号，控制液体镜头3进行调焦。用户可以通过手动聚焦控制输入端6，以按键、滚轮、触控板或转盘等形式，实现对处理器7的输入控制。液体镜头驱动单元5与液体镜头3相连，通过输入端输入不同的控制信号，从而改变液体镜头3中两种液体交接处月牙形表面的形状，实现焦距的变化。图像传感器4与处理器7相连，图像传感器4通过光电转化后，将光学信号变成数字电信号，传递给处理器7进行处理，并且在显示单元上进行显示。处理器7不限于CPU、GPU，也包含任何具备运算能力的集成芯片(如单片机、ARM、CPLD、FPGA或DSP芯片等)，本实施例中处理器7采用TMS320DM6437型号的DSP，液体镜头驱动单元5为一块驱动电路板，内含有一款具有I2C接口的液体镜头驱动芯片HV892，液体镜头驱动芯片通过I2C接口与处理器7相连，处理器7接收到手动聚焦控制输入端6的控制信号后，将手动聚焦控制端的输入作用于处理器7中的聚焦算法，得到综合后的调焦信号输出。并通过I2C接口，将调焦信号输出传输给液体镜头驱动芯片，液体镜头驱动芯片接收到控制信号后，则控制驱动电路板输出不同大小的电压，进而传输给液体镜头3，即通过电压的不同，从而改变液体镜头3中两种液体交接处月牙形表面的形状，完成调焦过程。图像传感器4采用CMOS传感器，显示单元为外接的显示器。
所述的镜头模块还包括光学镜头模组2，本实施例的光学镜头模组2的设置和实施例一相同。光学镜头模组2设置于观测目标1和液体镜头3之间，光学镜头模组2和液体镜头3组成了相关的光路设计部分，帮助观测目标完成了其在图像传感器4上的成像，液体镜头3根据用户对手动聚焦控制输入端6的输入，完成了对应的变焦功能。在其他实施例中，对光学镜头模组2调整后，可设置于液体镜头3和图像传感器4之间或者在观测目标1和液体镜头3之间、液体镜头3和图像传感器4之间均设有光学镜头模组2。
本实施例提出了新的基于液体镜头的半自动变焦的系统设计，通过手动聚焦控制端的输入作用于处理器7中的聚焦算法，通过设计处理器7中的半自动调焦算法，能够加快调焦过程和提高聚焦的精确程度，有助于调焦效果的提升。
自动聚焦中最重要的技术为聚焦评价函数和峰值搜索算法。自动聚焦算法首先是利用聚焦评价函数对聚焦区域上图像的锐度信息进行评价，然后通过搜索算法给出锐度极值点搜索移动方向和步长，直至获取最佳图像质量的一个控制反馈过程。聚焦评价函数和搜索算法在自动聚焦中起到至关重要的作用，也是自动聚焦最重要的两个部分。
聚焦评价函数的输出值和聚焦位置的关系称作聚焦值曲线，如图7所示，横轴表示聚焦位置，纵轴表示聚焦评价函数输出值。聚焦值曲线最大值对应的位置为焦点。原理焦点的区域为散焦曲，焦点附件的区域为聚焦区。
基于聚焦值曲线搜索算法主要有单调性算法和盲人爬山算法。单调性算法易受局部最大值的影响而产生聚焦错误，盲人爬山算法消耗大量的聚焦时间且引起视频质量的反复变化。本发明主要通过对应用于口腔数字观察仪中的自动聚焦中搜索算法的改进，即如何快速、准确地对聚焦曲线进行搜索，进而最终定位焦点。本发明通过引入手动聚焦控制端的输入，提出了应用于口腔数字观察仪中的半自动变焦方法。
在本实施用例中，以图7为例，假设选用聚焦评价函数2，则对应的聚焦值曲线如图7中的实线所示，根据利用数字观察仪进行口内观测过程中，临床上可能存在以下三种不同情况：
1)当前处于散焦区，需要调整焦距，快速搜索定位到聚焦区；
2)由于聚焦值曲线搜索算法的限制，搜索到错误的局部极大值点(如图8所示)，无法找到正确的焦点；
3)当前已搜索定位到聚焦区，但是当前聚焦区并不是牙医所期望的聚焦位置，比如牙医在做根管手术时，牙医想观测的根管区域，由于区域面积小，导致其对整幅图像的锐度信息影响不大，从而使得聚焦曲线的峰值点和根管成像区域的聚焦点存在偏差。
针对这三种不同的情况，口腔数字观察仪中的半自动变焦方法通过引入手动控制信息，对自动聚焦算法进行了调整：
1)当前处于散焦区时，自动变焦过程中的聚焦值曲线搜索算法，无论是单调性算法还是盲人爬山算法都需要对调焦过程中所获得的图像进行锐度计算，然后判别聚焦值曲线的搜索方向，如果直接通过手动聚焦控制信息输入，告知聚焦值曲线的搜索方向，则可以减少自动聚焦算法中聚焦值曲线的搜索方向所需的计算时间，保证能够快速搜索定位到聚焦区；
2)当前处于局部极大值点时，自动聚焦算法已经无法保证正确的聚焦输出，则直接通过手动聚焦控制信息输入，离开局部极大值区域；
3)当前已搜索定位到聚焦区，但是当前聚焦区并不是牙医所期望的聚焦位置时，则直接通过手动聚焦控制信息输入，离开当前聚焦位置，并定位到牙医所期望的聚焦位置。
与传统的单调性算法和盲人爬山法相比，手动聚焦控制端的输入对聚焦值曲线搜索算法的搜索方向提供了指导；而且对于焦点的确认，也可以参考手动聚焦控制端的输入进行确认。这样将全自动的聚焦值曲线搜索算法变成半自动的聚焦值搜索算法，特别适应于其在口腔数字观察仪中的应用。
1)手动聚焦控制端的输入信息能够在聚焦值曲线搜索算法执行过程中，可根据需要，直接提供正确的聚焦值曲线搜索方向。一方面，减少了算法的计算时间，缩短了调焦过程；另一方面，减少了执行错误的可能。
2)如图7所示，手动聚焦控制端的输入信息能够在聚焦值曲线搜索算法执行过程中，通过提供手动输入信息，避免聚焦值曲线搜索落入局部极大值的情况。
3)动聚焦控制端的输入信息能够在聚焦值曲线搜索算法执行过程中，通过提供手动输入信息，让搜索结果落在任何聚焦位置。即能够在口腔数字观察仪的变焦过程中，增添牙医的干预输入，从而让口腔数字观察仪变焦的目标区域与牙医感兴趣的观测区域匹配。
实施例四：
如图4所示，本实施例提供了一种基于液体镜头的可变焦口腔数字观察仪，包括镜头模块、控制模块、图像传感器4和显示单元，其中，所述的镜头模块包括液体镜头3，所述的控制模块包括处理器7、液体镜头驱动单元5、手动聚焦控制输入端6和聚焦控制命令综合单元8，所述的处理器7连接图像传感器4，所述的液体镜头驱动单元5连接液体镜头3，所述的聚焦控制命令综合单元8分布连接处理器7和液体镜头3驱动模块，所述的手动聚焦控制输入端6通过聚焦控制命令综合单元8间接连接液体镜头3驱动模块。聚焦控制命令综合单元8中包含如实施例三中的聚焦算法，聚焦控制命令综合单元8分别接收来自处理器7的输入信号和手动聚焦单元的输入信号进行综合运算，控制液体镜头驱动单元5对液体镜头3进行调焦。用户可以通过手动聚焦控制输入端6，以按键、滚轮、触控板或转盘等形式，实现对聚焦控制命令综合单元8的输入控制。液体镜头驱动单元5与液体镜头3相连，通过输入端输入不同的控制信号，从而改变液体镜头3中两种液体交接处月牙形表面的形状，实现焦距的变化。图像传感器4与处理器7相连，图像传感器4通过光电转化后，将光学信号变成数字电信号，传递给处理器7进行处理，并且在显示单元上进行显示。处理器7不限于CPU、GPU，也包含任何具备运算能力的集成芯片(如单片机、ARM、CPLD、FPGA或DSP芯片等)，本实施例中处理器7采用EP4CE30F23C6型号的FPGA，聚焦控制命令综合单元8为集成芯片，本实施例中采用一块EP4CE30F23C6型号FPGA。处理器7和聚焦控制命令综合单元8通过I2C接口进行通信，手动聚焦控制输入端6和聚焦控制命令综合单元8通过通用的GPIO接口连接，聚焦控制命令综合单元8对从处理器7和手动聚焦控制输入端6传输过来的控制命令根据聚焦算法进行综合，按照可配置的综合策略输出聚焦控制信号到液体镜头驱动单元5。液体镜头驱动单元5为一块驱动电路板，内含有10位的DA转换芯片DAC900E，通过接收到聚焦控制命令综合单元8的输出信号后，该驱动电路板首先将输入的控制信号转化为DA转换芯片的10位数据输入，然后通过DA转换芯片，将10位的数据输入转化为不同的电压输出，进而通过运算放大电路后传输给液体镜头3，即通过电压的不同，从而改变液体镜头3中两种液体交接处月牙形表面的形状，完成调焦过程。图像传感器4采用CCD传感器，显示单元为外接的显示器。
所述的镜头模块还包括光学镜头模组2，本实施例的光学镜头模组2的设置和实施例一相同。光学镜头模组2设置于观测目标1和液体镜头3之间，光学镜头模组2和液体镜头3组成了相关的光路设计部分，帮助观测目标完成了其在图像传感器4上的成像，液体镜头3根据用户对手动聚焦控制输入端6的输入，完成了对应的变焦功能。在其他实施例中，对光学镜头模组2调整后，可设置于液体镜头3和图像传感器4之间或者在观测目标1和液体镜头3之间、液体镜头3和图像传感器4之间均设有光学镜头模组2。
实施例五：
如图5所示，本实施例提供了一种基于液体镜头的可变焦口腔数字观察仪，包括镜头模块、控制模块、图像传感器4和显示单元，其中，所述的镜头模块包括液体镜头3，所述的控制模块包括处理器7、液体镜头驱动单元5、手动聚焦控制输入端6和聚焦控制命令综合单元8，所述的处理器7连接图像传感器4，所述的液体镜头驱动单元5连接液体镜头3，所述的聚焦控制命令综合单元8分布连接处理器7和液体镜头3驱动模块，所述的手动聚焦控制输入端6通过聚焦控制命令综合单元8间接连接液体镜头3驱动模块。所述处理器7为包含聚焦算法的处理器7，聚焦控制命令综合单元8先接收来自处理器7的输入信号进行优化，然后再和手动聚焦单元的输入信号进行综合运算，控制液体镜头驱动单元5对液体镜头3进行调焦。用户可以通过手动聚焦控制输入端6，以按键、滚轮、触控板或转盘等形式，实现对聚焦控制命令综合单元8的输入控制。液体镜头驱动单元5与液体镜头3相连，通过输入端输入不同的控制信号，从而改变液体镜头3中两种液体交接处月牙形表面的形状，实现焦距的变化。图像传感器4与处理器7相连，图像传感器4通过光电转化后，将光学信号变成数字电信号，传递给处理器7进行处理，并且在显示单元上进行显示。处理器7不限于CPU、GPU，也包含任何具备运算能力的集成芯片(如单片机、ARM、CPLD、FPGA或DSP芯片等)，本实施例中处理器7采用EP4CE30F23C6型号的FPGA，聚焦控制命令综合单元8为集成芯片，本实施例中也采用一块EP4CE30F23C6型号的FPGA。处理器7和聚焦控制命令综合单元8通过I2C接口进行通信，手动聚焦控制输入端6和聚焦控制命令综合单元8通过通用的GPIO接口连接，聚焦控制命令综合单元8对从处理器7和手动聚焦控制输入端6传输过来的控制命令进行综合，按照可配置的综合策略输出聚焦控制信号到液体镜头驱动单元5。液体镜头驱动单元5为一块驱动电路板，内含有10位的DA转换芯片，通过接收到聚焦控制命令综合单元8的输出信号后，该驱动电路板首先将输入的控制信号转化为DA转换芯片的10位数据输入，然后通过DA转换芯片，将10位的数据输入转化为不同的电压输出，进而通过运算放大电路后传输给液体镜头3，即通过电压的不同，从而改变液体镜头3中两种液体交接处月牙形表面的形状，完成调焦过程。图像传感器4可采用CCD传感器，显示单元为外接的显示器。
所述的镜头模块还包括光学镜头模组2，本实施例的光学镜头模组2的设置和实施例一相同。光学镜头模组2设置于观测目标1和液体镜头3之间，光学镜头模组2和液体镜头3组成了相关的光路设计部分，帮助观测目标完成了其在图像传感器4上的成像，液体镜头3根据用户对手动聚焦控制输入端6的输入，完成了对应的变焦功能。在其他实施例中，对光学镜头模组2调整后，可设置于液体镜头3和图像传感器4之间或者在观测目标1和液体镜头3之间、液体镜头3和图像传感器4之间均设有光学镜头模组2。
本实施例提出了新的基于液体镜头的半自动变焦的系统设计，通过引入聚焦控制命令综合单元8，对手动聚焦控制端的输入，以及包含聚焦算法的处理器7的输入进行综合控制，并通过设计聚焦控制命令综合单元8中的输出控制逻辑，有助于调焦效果的提升，即能够避免调焦算法陷入局部极小值，并能够保证用户能否对聚焦过程进行有效干预，确保聚焦目标以及调焦结果的正确性。
比如在聚焦控制命令综合单元8中，可设置手动聚焦控制端输入为优先级较高的控制逻辑，使其可以在聚焦控制命令综合单元8中对处理器7的输入进行指导和修正，进而输出到液体镜头驱动单元5。本发明主要通过对应用于口腔数字观察仪中的自动聚焦中搜索算法输出信息的修正，有助于快速、准确地对聚焦曲线进行搜索，进而最终定位焦点。
与传统的单调性算法和盲人爬山法相比，于聚焦控制命令综合单元8中，手动聚焦控制端的输入对聚焦值曲线搜索算法输出的搜索方向进行了修正；而且对于焦点的确认，于聚焦控制命令综合单元8中，也可以参考手动聚焦控制端的输入进行确认。这样将全自动的聚焦值曲线搜索算法变成半自动的聚焦值搜索算法，特别适应于其在口腔数字观察仪中的应用。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于液体镜头的可变焦口腔数字观察仪，其特征在于，包括镜头模块、控制模块和图像传感器，其中，所述的镜头模块包括液体镜头，所述的控制模块包括处理器、液体镜头驱动单元和手动聚焦控制输入端，所述的处理器连接图像传感器，所述的液体镜头驱动单元分别连接手动聚焦控制输入端和液体镜头，图像传感器将输入的光学信号转化为数字电信号输出至处理器，液体镜头驱动单元将手动聚焦控制输入端的输入信号转化为驱动信号，控制液体镜头进行调焦。
2.根据权利要求1所述的基于液体镜头的可变焦口腔数字观察仪，其特征在于，所述的处理器连接液体镜头驱动单元，所述的手动聚焦控制输入端通过处理器连接液体镜头驱动模块。
3.根据权利要求2所述的基于液体镜头的可变焦口腔数字观察仪，其特征在于，所述处理器为包含聚焦算法的处理器，该处理器根据图像传感器的输入信号通过聚焦算法进行运算，结合手动聚焦控制输入端的输入信号综合调节液体镜头驱动单元输出的驱动信号，控制液体镜头进行调焦。
4.根据权利要求1所述的基于液体镜头的可变焦口腔数字观察仪，其特征在于，还包括聚焦控制命令综合单元，所述的聚焦控制命令综合单元分别连接处理器和液体镜头驱动模块，所述的手动聚焦控制输入端通过聚焦控制命令综合单元连接液体镜头驱动模块，所述的聚焦控制命令综合单元分别接收来自处理器的输入信号和手动聚焦单元的输入信号进行综合运算，控制液体镜头驱动单元对液体镜头进行调焦。
5.根据权利要求4所述的基于液体镜头的可变焦口腔数字观察仪，其特征在于，所述处理器为包含聚焦算法的处理器，该处理器根据图像传感器的输入信号通过聚焦算法进行运算，输出信号至聚焦控制命令综合单元。
6.根据权利要求1～5任一所述的基于液体镜头的可变焦口腔数字观察仪，其特征在于，所述的手动输入控制端包括按键、滚轮、触控板或转盘。
7.根据权利要求1～5任一所述的基于液体镜头的可变焦口腔数字观察仪，其特征在于，所述镜头模块还包括光学镜头模组。
8.根据权利要求1～5任一所述的基于液体镜头的可变焦口腔数字观察仪，其特征在于，所述的处理器为CPU、GPU或集成芯片。
9.根据权利要求1～5任一所述的基于液体镜头的可变焦口腔数字观察仪，其特征在于，所述的聚焦控制命令综合单元为集成电路模块。
10.根据权利要求1～5任一所述的基于液体镜头的可变焦口腔数字观察仪，其特征在于，还包括显示单元或显示接口，所述的处理器连接显示单元或显示接口。
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