CN111679419A - 一种显微镜多玻片载物台移动控制系统 - Google Patents

一种显微镜多玻片载物台移动控制系统 Download PDF

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隆彦群
刘亚平
秦绮玲
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Suzhou Mitai Artificial Intelligence Research Institute Co ltd
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Abstract

本发明提供的一种显微镜多玻片载物台移动控制系统包括：图像处理与控制计算机、显微镜物镜视窗图像采集系统、步进电机控制器、x轴定位传感器、y轴限位器、z轴限位器及直流电源。所述图像处理与控制计算机接收所述显微镜物镜视窗图像采集系统采集的图像，通过判断图像清晰度调焦，控制步进电机控制器完成显微镜载物台移动、调焦和完成玻片扫描。

Description

一种显微镜多玻片载物台移动控制系统
技术领域
本发明涉机械电子领域，特别是涉及一种显微镜多玻片载物台移动控制系统。
背景技术
普通显微镜通过人操作载物台旋钮移动显微镜载物台上被观察样本，完成显微镜物镜视窗下对整个样本的连续观察。病理切片扫描仪或玻片自动扫描仪需要连续地，按照显微镜视窗尺寸大小移动载物台完成逐个视窗，逐行扫描。并且，在每次显微镜物镜视窗移动后，需要自动调焦保证视窗下图像的清晰度。即在计算机控制下完成显微镜物镜视窗下连续不间断观察、拍摄显微镜视窗下的清晰图像。目前的显微镜载物台控制系统很难满足这些要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种显微镜多玻片载物台移动控制系统。
为实现上述目的，本发明提供的一种显微镜多玻片载物台移动控制系统包括：图像处理与控制计算机、显微镜物镜视窗图像采集系统、步进电机控制器、x轴定位传感器、y轴限位器、z轴限位器及直流电源。
所述图像处理与控制计算机用于接收所述显微镜物镜视窗图像采集系统采集的图像。接收x轴定位传感器、y轴限位器、z轴限位器信号。控制步进电机控制器完成显微镜载物台移动、调焦和完成玻片扫描；
所述显微镜物镜视窗图像采集系统用于拍摄显微镜物镜视窗下的图像，并通过USB接口传送给所述计算机；
所述步进电机控制器用于接收所述计算机指令，在脉冲控制下分别控制x轴、y轴或z轴步进电机每次以一个小角度旋转，即一个步进角度；
所述的x轴定位传感器用于确定所述载物台沿x轴移动的方向和位置；
所述的y轴限位器用于定位所述载物台在y轴上的原点；
所述的z轴限位器用于z轴调焦时，将所述载物台定位到距离显微镜物镜视窗的最近点；
所述的直流电源用于给所述的步进电机控制器供电。
根据本发明的一个方面，所述显微镜多玻片载物台移动控制系统用于控制显微镜多玻片载物台沿x和y轴移动完成玻片扫描。
优选的，所述显微镜多玻片载物台为电动载物台，分别安装x轴和y轴线位移装置，其线位移分别由x轴和y轴步进电机，通过微小角度旋转，带动所述载物台沿x轴或y轴以微小的步长移动。
进一步，所述计算机控制所述步进电机控制器即可控制所述载物台的x轴或y轴步进电机完成所述载物台x轴或y轴方向移动。
优选的，所述电动载物台装载多张玻片，每张玻片的扫描原点由所述x轴定位装置和y轴限位器确定。每张玻片的扫描从原点开始，每次增加所述显微镜物镜视窗距离
Figure DEST_PATH_IMAGE002
往x方向逐窗扫描，直至完成一行扫描。
进一步，在每个扫描点，都要调整焦距使所述显微镜物镜视窗下采集的图像最清晰。
进一步，移动到下一行，即增加显微镜物镜视窗距离
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，往x方向回扫，直至完成整张玻片扫描。
根据本发明的另一方面，所述显微镜多玻片载物台移动控制系统控制显微镜多玻片载物台沿z轴方向移动完成显微镜物镜视窗下的图像调焦。
优选的，所述显微镜多玻片载物台安装在z轴调焦装置上，其z轴向线位移由步进电机旋转完成，通过z轴方向往复移动完成调焦。
进一步，所述计算机控制所述步进电机控制器即可控制z轴步进电机步进式旋转，驱动所述载物台沿z轴方向往复移动完成调焦。
根据本发明的再一方面，所述显微镜多玻片载物台调焦时，通过所述显微镜物镜视窗下图像清晰度比较和不断逼近算法来决定调焦移动方向和步长。具体步骤如下：
步骤1：将所述载物台移到距离所述显微镜物镜视窗最近点，并采集该点图像；
步骤2：将所述载物台往离开所述显微镜物镜视窗方向移动微小距离
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，采集该点物镜视窗下图像，并与上一次采集的图像比较，如果更清晰，继续增加
Figure 452801DEST_PATH_IMAGE006
。如果不如上次清晰，表示已经过调；
步骤3：将所述载物台沿z轴方向回调，即步长减少一半后往反方向调整，也即
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，如果图像更清晰，继续增加
Figure DEST_PATH_IMAGE009
。如果不如上次清晰，表示过调，需要继续回调。再将回调步长减少一半后往反方向调整，即
Figure 294243DEST_PATH_IMAGE008
，如此反复，直到找到焦点。
本发明的有益效果是：提供了一种显微镜多玻片载物台移动控制系统，该系统可以控制显微镜电动载物台和z轴调焦系统完成微镜多玻片高清晰地自动扫描。将病理医生从繁重的人工读片工作中解放出来，从而通过自动扫描提高读片速度和精确度。
附图说明
图1是本发明优先实施例的显微镜多玻片载物台移动控制系统结构图；
图2是本发明优先实施例的显微镜多玻片载物台移动控制系统扫描流程图；
图3是本发明优先实施例的显微镜多玻片载物台移动控制系统调焦流程图。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本原理、基本结构和基本功能，因此其仅显示与本发明有关的构成。
本领域的一般技术人员可能会意识到本发明的一些变体以及等同替代，但这些变体和等同替代不应理解为超出了本发明的保护范围。
图1是本发明优先实施例的显微镜多玻片载物台移动控制系统结构图。如图1所示，1是图像处理与控制计算机，通过RS232计算机串行通信接口2，给步进电机控制器3发指令，并从3获取x轴定位传感器7、轴限位器8、z轴限位器采集9所采集载物台的x轴位置和移动方向，y轴和z轴限位信号。1通过USB接口5控制显微镜物镜视窗图像采集系统6拍照，并将6采集的图像输入1。1输出的x轴、y轴和z轴控制指令由3产生控制脉冲分别用于控制载物台的x轴步进电机、y轴步进电机和z轴步进电机，保证所述载物台移动到指定位置。如在本发明实施例中，控制载物台回到被扫描玻片原点，沿x轴方向逐个视窗扫描，移动一个扫描行距离，完成z轴向调焦等。在本实施例中，x轴步进电机和y轴步进电机是安装在所述的自动载物台上的直线位移驱动电机，z轴步进电机是安装在调焦系统上的驱动电机。
图2是本发明优先实施例的显微镜多玻片载物台移动控制系统扫描流程图。如图2所示，扫描玻片时先将玻片移到被扫描玻片原点，即进入流程S101，将载物台移动到被扫描玻片原点，准备开始扫描；进入流程S102对该点显微镜物镜视窗下的图像进行调焦，找到该点最清晰图像之焦点位置；进入流程S203，判断调焦是否完成，如果没有完成，继续回到S102调焦；如果调焦完成，进入流程S104，采集该点显微镜物镜视窗下图像；然后进入流程S105：判断沿x轴该行逐个视窗扫描是否完成，如果未完成；进入流程S106：沿x轴增加一个所述显微镜物镜视窗在x方向上大小
Figure 542821DEST_PATH_IMAGE002
，即
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，所述载物台停在该点，返回流程S102；如果S105判断为已经完成x轴扫描；进入流程S107：判断沿y轴扫描是否完成，如果未完成，进入流程S108：沿y轴增加一个所述显微镜物镜视窗在y方向上大小
Figure 347DEST_PATH_IMAGE004
，即
Figure DEST_PATH_IMAGE013
，返回流程S102；如果流程S107的判断结果是已经完成y轴扫描；进入流程S109：扫描结束。
图3是本发明优先实施例的显微镜多玻片载物台移动控制系统调焦流程图。如图3所示，进入流程S201：开始调整焦距；进入流程S202：将载物台移动到靠近所述显微镜物镜视窗之最近点，将此点记为
Figure DEST_PATH_IMAGE015
，此点应该已离开焦点，无图像或图像模糊；进入流程S203：采集
Figure 204933DEST_PATH_IMAGE015
显微镜物镜视窗下图像；进入流程S204：先设一个沿z轴方向增加值
Figure DEST_PATH_IMAGE017
，即调焦步长，将载物台移动到z轴上的
Figure DEST_PATH_IMAGE019
点，此时，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
；进入流程S205：采集
Figure 152029DEST_PATH_IMAGE019
显微镜物镜视窗下图像；进入流程S206：比较
Figure DEST_PATH_IMAGE022
点和
Figure 746958DEST_PATH_IMAGE019
点图像清晰度，如果
Figure 414700DEST_PATH_IMAGE022
点没
Figure DEST_PATH_IMAGE023
点图像清晰，继续往同一方向调焦；进入流程S207：将
Figure 137107DEST_PATH_IMAGE019
点记为
Figure 723946DEST_PATH_IMAGE015
，返回流程S204，继续沿z轴该方向调焦；流程S206中，如果
Figure 212696DEST_PATH_IMAGE015
点比
Figure 418549DEST_PATH_IMAGE019
点图像更清晰，
Figure 535410DEST_PATH_IMAGE019
点为过调点；进入流程S208：判断移动步长
Figure 434096DEST_PATH_IMAGE017
是否趋于0，如果不趋于0；进入流程S210：将
Figure 534776DEST_PATH_IMAGE019
点记为
Figure DEST_PATH_IMAGE024
；进入流程S211：改变调焦方向，并将步长减少一半，即
Figure 1
，再返回流程S204，继续逐步逼近焦点；如果趋于0；进入流程S209：调焦结束。
以上述依据本发明的实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种显微镜多玻片载物台移动控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：图像处理与控制计算机、显微镜物镜视窗图像采集系统、步进电机控制器、x轴定位传感器、y轴限位器、z轴限位器及直流电源。
2.根据权利要求1所述的一种显微镜多玻片载物台移动控制系统，其特征在于，所述图像处理与控制计算机采集所述显微镜物镜视窗图像采集系统所拍摄的显微镜物镜视窗下图像，通过所述步进电机控制器获取所述x轴定位传感器、y轴限位器、z轴限位器信号，通过指令控制所述步进电机控制器完成载物台x和y轴移动，和z轴移动完成调焦。
3.根据权利要求1所述的一种显微镜多玻片载物台移动控制系统，其特征在于，所述的调焦通过比较两次停留点所采集显微镜物镜视窗下图像，比较其清晰度确定调焦方向和步长，经过逐步逼近的方法，逼近焦点。
4.根据权利要求1所述的一种显微镜多玻片载物台移动控制系统，其特征在于，所述的玻片扫描顺序是先沿x轴，以所述显微镜物镜x轴向视窗大小为步长作行扫描，然后以所述显微镜物镜y轴向视窗大小为步长，步进到下一行回扫，直至完成整张玻片扫描。
5.根据权利要求1所述的一种显微镜多玻片载物台移动控制系统，其特征在于，在扫描过程中，为保证扫描得到足够清晰图像，在每一个视窗停留点进行调焦后再采集图像。
6.根据权利要求1所述的一种显微镜多玻片载物台移动控制系统，其特征在于，所述的步进电机控制器内置步进电机驱动电路，其输出可以直接驱动所控制的步进电机。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113064269A (zh) * 2021-04-09 2021-07-02 苏州华文海智能科技有限公司 一种显微镜以及智能化显微镜系统
CN113064267A (zh) * 2021-04-09 2021-07-02 苏州华文海智能科技有限公司 一种显微镜的自动调焦方法
CN115202026A (zh) * 2022-07-08 2022-10-18 天津大学 一种适用于气传花粉载玻片显微图像的采集系统

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