CN112433355A - 一种误差自动校正的显微操作系统 - Google Patents

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CN112433355A CN202011272140.6A CN202011272140A CN112433355A CN 112433355 A CN112433355 A CN 112433355A CN 202011272140 A CN202011272140 A CN 202011272140A CN 112433355 A CN112433355 A CN 112433355A
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汝长海
翟荣安
陈瑞华
岳春峰
郝淼
孙钰
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Abstract

本发明涉及显微操作技术领域，涉及一种误差自动校正的显微操作系统。本发明通过多个方向的移动图像获得在每个方向的系统误差，运动部件带动载具位置进行误差校正，完成系统误差的实时校正，从而实现显微操作精准定位的目的，避免了待操作物体移出视野外现象的出现，提高操作成功率。

Description

一种误差自动校正的显微操作系统
技术领域
本发明涉及显微操作技术领域，涉及一种误差自动校正的显微操作系统。
背景技术
随着科学技术的快速发展，显微观察和操作的应用越来越广泛，如：显微装配、显微切割、显微注射及辅助生殖技术等，操作的精度要求越来越高。传统的纯手工或半自动化显微操作系统，显微操作和定位的误差主要由人的经验和机械的精密度决定，无法进行自动校正
现有的显微操作系统由于硬件设备存在个体差异和使用损耗，甚至CCD安装角度也不相同，造成显微操作过程中不能精准定位、待操作物体易移出视野外等问题出现，降低了显微操作成功率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种误差自动校正、可精准定位以及操作成功率高的误差自动校正的显微操作系统。
为了解决上述技术问题，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种误差自动校正的显微操作系统，包括运动部件、成像部件、供液部件；
成像部件，用于获得载具上待操作物体多个方向的移动图像，根据待操作物体的图像信息获得在每个方向的系统误差；
运动部件，用于放置装载有待操作物体的载具，并根据成像部件获得每个方向的系统误差带动载具位置进行误差校正；
供液部件，用于对待操作物体进行定位、注射以及控制待操作物体的注射量。
进一步地，所述成像部件包括CCD相机以及显微镜，所述CCD相机设置在所述显微镜上，用于获得待操作物体的实时图像，通过每个图像上待操作物体得实际位移距离得到该方向的系统误差。
进一步地，所述运动部件是由操作手、注射针、XY电动载物台，所述载具设置在所述XY电动载物台上，所述XY电动载物台带动载具在操作平面上移动进行位置校正,所述注射针设置在所述操作手上，通过操作手打动所述注射针进行位置校正。
进一步地，所述供液部件包括供液泵、供液管路，所述供液管路一端与供液泵连接，另一端与所述注射针连接，通过供液泵控制注射针的注射量。
进一步地，还包括控制部件，所述控制部件包括操作手控制器、载物台控制器以及电脑主机，所述操作手控制器与操作手电连接，所述载物台控制器与XY电动载物台电连接，所述电脑主机与操作手控制器、载物台控制器电连接，所述电脑主机根据图像获得每个方向的系统误差，再将系统误差发送至运动部件上实现误差校正。
进一步地，通过电脑主机闭环反馈进行补偿计算，通过运动部件对该方向的系统误差进行实时补偿，矫正位于该方向的系统误差。
进一步地，通过成像部件获得多组移动图像，并进行多次计算得到在系统每个方向上的系统误差的平均值。
进一步地，还包括支撑部件，所述支撑部件上设置有隔振台，所述运动部件、成像部件、供液部件均设置在所述隔振台上。
本发明的有益效果：
本发明通过多个方向的移动图像获得在每个方向的系统误差，运动部件带动载具位置进行误差校正，完成系统误差的实时校正，从而实现显微操作精准定位的目的，避免了待操作物体移出视野外现象的出现，提高操作成功率。
附图说明
图1是本发明一种误差自动校正的显微操作系统的结构示意图；
图2是本发明显微操作系统的误差自动校正的人机界面图；
图3是本发明实施例中前后两张图像的示意图；
图4是本发明实施例中前后两张图像的拼接示意图一；
图5是本发明实施例中前后两张图像的拼接示意图二；
附图标记说明：1、电脑主机；2、隔振台；3、供液泵；4、供液管路；5、CCD相机；6、操作手；7、注射针；8、显微镜；9、培养皿；10、XY电动载物台；11、载物台控制器；12、操作手控制器；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参照图1-5所示，一种误差自动校正的显微操作系统，包括运动部件、成像部件、供液部件；
成像部件，用于获得载具上待操作物体多个方向的移动图像，根据待操作物体的运动图像信息获得在每个方向的系统误差；
运动部件，用于放置装载有待操作物体的载具，并根据成像部件获得每个方向的系统误差带动载具位置进行误差校正；
供液部件，用于对待操作物体进行定位、注射以及控制待操作物体的注射量。
本发明具有误差自动校正、可精准定位以及操作成功率高等有点，其通过多个方向的移动图像获得在每个方向的系统误差，运动部件带动载具位置进行误差校正，完成系统误差的实时校正，从而实现显微操作精准定位的目的，避免了待操作物体移出视野外现象的出现，提高操作成功率。
本发明的目的是以期应用于显微操作领域中结构和功能的改变，以解决显微操作系统的误差无法自动校正、定位不准确造成显微操作效率和成功率不高。
所述成像部件包括CCD相机以及显微镜，所述CCD相机设置在所述显微镜上，通过CCD相机对待操作物体的图像进行实时显示，用于获得待操作物体的实时图像，通过每个图像上待操作物体得实际位移距离得到该方向的系统误差。
所述显微镜不限于体视显微镜、倒置显微镜等。
所述运动部件是由操作手、注射针、XY电动载物台，所述载具设置在所述XY电动载物台上，所述XY电动载物台带动载具在操作平面上移动进行位置校正,所述注射针设置在所述操作手上，通过操作手打动所述注射针进行位置校正。
所述供液部件包括供液泵、供液管路，所述供液管路一端与供液泵连接，另一端与所述注射针连接，通过供液泵控制注射针的注射量。
还包括控制部件，所述控制部件包括操作手控制器、载物台控制器以及电脑主机，所述操作手控制器与操作手电连接，所述载物台控制器与XY电动载物台电连接，所述电脑主机与操作手控制器、载物台控制器电连接，所述电脑主机根据图像获得每个方向的系统误差，再将系统误差发送至运动部件上实现误差校正。
其中，操作手控制器驱动操作手进行四自由度驱动；XY电动载物台需要用载物台控制器进行二维驱动。其可以实现对待操作物体进行自动定位及注射，用于完成对误差自动校正，所述待操作物体不限于细胞、组织、微型物体等，所述载具为培养皿。
通过电脑主机闭环反馈进行补偿计算，通过运动部件对该方向的系统误差进行实时补偿，矫正位于该方向的系统误差，可以提高系统误差计算精度，并最终提高误差矫正的精度。
所述电脑主机内部安放着图像采集卡、运动控制板、部分电器件等，该部件可以实现对其它各部件进行指令发送及控制。
通过成像部件获得多组移动图像，并进行多次计算得到在系统每个方向上的系统误差的平均值。
还包括支撑部件，其可以实现整个系统支撑辅助功能，所述支撑部件上设置有隔振台，所述运动部件、成像部件、供液部件均设置在所述隔振台上
本发明显微操作系统的误差自动校正的人机界面图。该界面主要包含通讯功能、操作功能以及测量功能。通讯功能是由打开CCD相机、连接平台、连接操作手等按钮构成，实现CCD相机、平台以及操作手的连接通断。操作功能是由运动、图像保存、误差校正等按钮构成，实现运动部件的误差自动校正。测量功能是由误差测量、误差显示等按钮构成，实现运动部件的误差自动测量与显示，其可进一步精准定位，提高操作成功率。
操作过程
打开自动误差校正的人机界面，手动点击打开相机按钮，电脑主机接收指令后向CCD相机、显微镜发送成像指令，待操作物体图像实时显示在界面上；然后手动分别点击连接载物台按钮、连接操作手按钮，电脑主机1接收指令后分别向载物台控制器11、操作手控制器12发送运动接通指令；等XY电动载物台10、操作手6接通后，分别手动点击Run、Save、Test按钮,利用根据待操作物体的运动图像信息获得在每个方向的系统误差，通过运动部件的误差自动校正；
误差自动校正后，手动点击选点按钮，可在图像界面上选择待操作物体，再点击打靶按钮，电脑主机1接收指令后分别向载物台控制器11、操作手控制器12、供液泵3发送运动执行指令，先驱动XY电动载物台10进行二维运动，使选中的待操作物体移动到指定的位置(靶点)，然后驱动操作手6进行多自由度运动，使操作手移动到靶点的正上方，再驱动供液泵3，通过供液管路4，向注射针7供液，实现待操作物体的注射量精准控制。
最后，手动点击测量按钮，误差校正结果将实时显示在编辑按钮框中。
显微操作平台误差自主矫正方法，包括以下步骤：
步骤S10、获得载具上待操作物体多个方向的移动图像，并保证同方向前后两张图像有部分重叠。
如图3所示。获取的前后两张图像如图4所示，即前帧和后帧。
步骤S20、将该方向的前后两张图像进行拼接。拼接后的图像如图4所示。
步骤S30、计算显微操作平台在该方向的系统误差。具体包括：
步骤S31、计算像素间距；具体包括：
采用公式S＝M/N计算像素间距；其中，S为像素间距，M为标尺长度，N为M长度内的像素个数。
步骤S32、根据像素间距计算该方向上前后两张图像的实际位移距离；具体包括:
采用公式AA1实际＝S*AA1计算实际位移距离；其中，AA1实际为实际位移距离，AA1为该方向的前后两张图像相对位移的像素个数。
步骤S33、根据实际位移距离得到该方向的系统误差。具体包括:
根据公式AA1实际*cos(θ)和AA1实际*sin(θ)得到该方向的系统误差的两个分量；其中，θ为图像坐标系与显微操作平台坐标系的偏角。
如图5所示，当显微操作平台运行方向为X轴正向，此时该方向的系统误差为+XΔ，可分为+XΔX，+XΔy两个分量，满足以下公式：
+XΔX＝AA1实际*cos(θ)；
+XΔy＝AA1实际*sin(θ)；
+XΔX与+XΔy即为X轴正向运动时需要补偿的补偿值。同理可得其它方向运动时的补偿值。
进行数据采集标定，手动补偿以进行误差矫正的方式，本发明基于图像拼接技术对当前影响显微注射精度的机械误差、CCD安装误差以及像素/微米转换等误差进行集成统一，无须人工辅助，可实现自主补偿矫正，误差可控制在像素级别
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (8)

1.一种误差自动校正的显微操作系统，其特征在于，包括运动部件、成像部件、供液部件；
成像部件，用于获得载具上待操作物体多个方向的移动图像，根据待操作物体的图像信息获得在每个方向的系统误差；
运动部件，用于放置装载有待操作物体的载具，并根据成像部件获得每个方向的系统误差带动载具位置进行误差校正；
供液部件，用于对待操作物体进行定位、注射以及控制待操作物体的注射量。
2.如权利要求1所述的误差自动校正的显微操作系统，其特征在于，所述成像部件包括CCD相机以及显微镜，所述CCD相机设置在所述显微镜上，用于获得待操作物体的实时图像，通过每个图像上待操作物体得实际位移距离得到该方向的系统误差。
3.如权利要求1所述的误差自动校正的显微操作系统，其特征在于，所述运动部件是由操作手、注射针、XY电动载物台，所述载具设置在所述XY电动载物台上，所述XY电动载物台带动载具在操作平面上移动进行位置校正,所述注射针设置在所述操作手上，通过操作手打动所述注射针进行位置校正。
4.如权利要求1所述的误差自动校正的显微操作系统，其特征在于，所述供液部件包括供液泵、供液管路，所述供液管路一端与供液泵连接，另一端与所述注射针连接，通过供液泵控制注射针的注射量。
5.如权利要求1所述的误差自动校正的显微操作系统，其特征在于，还包括控制部件，所述控制部件包括操作手控制器、载物台控制器以及电脑主机，所述操作手控制器与操作手电连接，所述载物台控制器与XY电动载物台电连接，所述电脑主机与操作手控制器、载物台控制器电连接，所述电脑主机根据图像获得每个方向的系统误差，再将系统误差发送至运动部件上实现误差校正。
6.如权利要求1所述的误差自动校正的显微操作系统，其特征在于，通过电脑主机闭环反馈进行补偿计算，通过运动部件对该方向的系统误差进行实时补偿，矫正位于该方向的系统误差。
7.如权利要求1所述的误差自动校正的显微操作系统，其特征在于，通过成像部件获得多组移动图像，并进行多次计算得到在系统每个方向上的系统误差的平均值。
8.如权利要求1所述的误差自动校正的显微操作系统，其特征在于，还包括支撑部件，所述支撑部件上设置有隔振台，所述运动部件、成像部件、供液部件均设置在所述隔振台上。
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