CN114200661A - 显微镜载物台坐标系与图像采集坐标系转换参数确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种显微镜载物台坐标系与图像采集坐标系转换参数确定方法，其包括1)选择显微镜采集图像上的特征点，然后控制显微镜载物台移动，得到显微镜载物台移动前和移动后的距离差值，将该距离差值计作Δ；并采集特征点在图像坐标系中移动前的像素坐标p₁和特征点在图像坐标系中移动后的像素坐标p₂；2)重复步骤1)至少一次；3)根据步骤1)及步骤2)得到的至少两组数据Δ、p₁和p₂，通过公式Δ＝R′(p₂‑p₁)计算得到显微镜载物台坐标系与图像采集坐标系的转换参数R′。采用该方法获得的参数R′转换观察目标在图像采集坐标系中的坐标和在载物台坐标系中的坐标，能实现自动控制显微镜载物台将目标物移动至视野中心，并能提高磨粒实际尺寸的度量准确度。

Description

显微镜载物台坐标系与图像采集坐标系转换参数确定方法

技术领域

本发明涉及显微镜技术领域，特别涉及一种显微镜载物台坐标系与图像采集坐标系转换参数的确定方法。

背景技术

基于滤膜谱片技术制备油样磨粒谱片，是利用双光源显微镜获取磨粒图像，通过红色反射光绿色透射光对沉积现场全域扫描，对宏观图谱处理后获取油液中悬浮颗粒的分布情况，为进一步明确设备当前的磨损工况，需利用显微镜对悬浮颗粒进一步观测。在油液磨粒谱片观测过程中，显微镜的可移动载物台为3 自由度的移动控制平台，其可分别沿着对应的x-y-z(横向-纵向-竖向)3个轴进行移动，显微镜上固定设置的相机用于采集载物台上样本的图像。在这个系统中，存在两套平面坐标系：载物台坐标系和图像采集坐标系。

在通过显微镜观测过程中，在白色反射光绿色透射光下，相机获取单个磨粒信息图谱，根据其表观特征，确定磨粒的种类，再根据不同磨粒类别的数量及尺寸，确定设备现处于状态。在该操作流程下，需确定相机捕获图片中磨粒的尺寸与磨粒实际尺寸的转换关系，若转换不正确，则无法准确获取磨粒尺寸，对后续结果影响较大。

同时在分析油液磨粒确定设备状态时，对异常金属磨粒的观测尤为重要，在扫描完整区域后，需将载物台样本的目标点移动到显微镜的物镜下，对单个磨粒进行观测。要将目标点准确移动到显微镜的物镜下需要对图像采集坐标系与显微镜载物台坐标系进行准确转换，否则不能快速准确的移动目标点进入视野范围内，需反复调节载物台，寻找目标磨粒，耗费时间。

现有技术中，是根据显微镜厂家给家的放大倍数来换算图像中磨粒尺寸与磨粒的实际尺寸；然而，由于显微镜的物镜存在加工误差，厂家确定的放大比例本身存在误差；并且因载物台制造误差及物镜安装误差，物镜的中心线与载物台并不是绝对垂直，这也会造成显微镜实际放大倍数与厂家确定的放大倍数不符；在这些误差影响下会造成使用厂家给定放大倍数换算磨粒实际尺寸存在偏差，特别是在高倍放大情况下得到的磨粒实际尺寸的误差更明显。

在对单个磨粒进行观测时，要自动将观察目标移动到相机视野的中心，需要将观察目标在图像采集坐标系中的坐标位置转换到在载物台坐标系上，然后才能根据换算得到的坐标控制载物台将观察目标移动到相机视野的中心。然而由于上述所述误差的存在，导致采用厂家给家比例换算观察目标的坐标位置时会出现明显偏差，使得难以自动控制载物台将观察目标移动至相机视野中心。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种显微镜载物台坐标系与图像采集坐标系转换参数确定方法，以解决显微镜的自动载物台与物镜的加工误差及装配误差造成采用厂家给定的放大倍数来换算观察目标的实际尺寸及坐标位置存在误差较大的技术问题。

本发明显微镜载物台坐标系与图像采集坐标系转换参数确定方法，其包括以下步骤：

1)选择显微镜采集图像上的特征点，然后控制显微镜载物台移动，得到显微镜载物台移动前和移动后的距离差值，将该距离差值计作Δ；并采集特征点在图像坐标系中移动前的像素坐标p₁和特征点在图像坐标系中移动后的像素坐标p₂；

2)重复步骤1)至少一次；

3)根据步骤1)及步骤2)得到的至少两组数据Δ、p₁和p₂，通过公式Δ＝R′(p₂-p₁)计算得到显微镜载物台坐标系与图像采集坐标系的转换参数 R′。

本发明的有益效果：

本发明显微镜载物台坐标系与图像采集坐标系转换参数确定方法，其能准确快速求出不同放大倍数下的转换参数R′，并且在同一放大倍数下只需求一次。用该方法获得的转换参数R′代替现有技术中厂家给定的放大倍数作为显微镜载物台坐标系与图像采集坐标系相互转换的参数，消除了显微镜载物台及物镜的制造及装配误差对转换参数R′的影响，采用该方法获得的参数R′转换观察目标在图像采集坐标系中的坐标和在载物台坐标系中的坐标，能实现自动控制显微镜载物台将目标物移动至视野中心，提高观测效率，并能提高磨粒实际尺寸的度量准确度。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述。

本实施例中显微镜载物台坐标系与图像采集坐标系转换参数确定方法，其包括以下步骤：

1)选择显微镜采集图像上的特征点，然后控制显微镜载物台移动，得到显微镜载物台移动前和移动后的距离差值，将该距离差值计作Δ；并采集特征点在图像坐标系中移动前的像素坐标p₁和特征点在图像坐标系中移动后的像素坐标p₂。

2)重复步骤1)至少一次。

3)根据步骤1)及步骤2)得到的至少两组数据Δ、p₁和p₂，通过公式Δ＝R′(p₂-p₁)计算得到显微镜载物台坐标系与图像采集坐标系的转换参数 R′。

下面对本实施例中显微镜载物台坐标系与图像采集坐标系转换原理进行推论：

根据几何理论，把一个平面直角坐标系转换到另一个平面直角坐标系，可按公式1转换获得。

p′＝sRp+t (1)

上面公式中p为原坐标系对应的位置，p′为新坐标系下对应的位置，其中 R为旋转变换矩阵，t为偏移向量，s为尺度参数。

如果平面坐标系x-y以及平面坐标系u-v都满足同一坐标系法则(右手坐标系或左手坐标系)，则公式(1)中的R可通过公式(2)表示，公式中θ为轴 x-u的夹角。

但在具体情况中，不能完全保证相机u-v与载物台x-y为同一坐标系法则，且载物台不能完全保证在x和y方向上与相机的缩放为同一尺度，因此，需对公式(2)修正，得到修正后的坐标系变换法则公式(3)。

p′＝R′p+t (3)

其中，R′为各向异性的旋转缩放矩阵，即显微镜载物台坐标系与图像采集坐标系的转换参数，对比可知，公式(1)是公式(3)的特例。

观测磨粒时，往往是知道某点在相机u-v坐标面上的像素点，需要求其在载物台x-y坐标面中的具体位置。这里假设已知相机u-v像素点p₁在平台的位置为p′₁，需要计算像素点p₂的位置p′₂，则结合公式(3)得到如下公式(4)：

p′₂＝p′₁+R′(p₂-p₁) (4)

由公式(4)可看出，由于相机是固定的，只需要知道旋转缩放矩阵R′即可得到对应坐标系的数值，公式(3)中的偏移量t则不再需要。因此在使用过程中，需要对R′进行标定。

为标定旋转缩放矩阵R′，令p′₁和p′₂分别为同一特征点在图像坐标系中移动前的像素坐标和移动后的像素坐标p₂，p′₁和p′₂分别为载物台上与图像上特征点相对应的点在载物台坐标系中移动前的坐标和移动后的坐标，结合公式(4)得到公式5。

Δ＝p′₂-p′₁＝R′(p₂-p₁) (5)

公式中Δ为显微镜载物台移动前和移动后的距离差值。由于载物台是整体移动(刚体平移)，因此图像上所有点的偏差值均为Δ。此时，不用知道具体的 p′₁、p′₂，也可求得R′。

因此，根据该原理，每次可以选择图像上一个较为明显的特征点，然后移动控制台，这时的Δ可取载物台移动前后的差值，而将特征点在图像上移动前后的像素位置作为p₁、p₂，最终观测至少两组Δ、p₁、p₂，即可求得转换参数R′。

本实施例中显微镜载物台坐标系与图像采集坐标系转换参数确定方法，其能准确快速求出不同放大倍数下的转换参数R′，并且在同一放大倍数下只需求一次。用该方法获得的转换参数R′代替现有技术中厂家给定的放大倍数作为显微镜载物台坐标系与图像采集坐标系相互转换的参数，消除了显微镜载物台及物镜的制造及装配误差对转换参数R′的影响，采用该方法获得的参数R′转换观察目标在图像采集坐标系中的坐标和在载物台坐标系中的坐标，能实现自动控制显微镜载物台将目标物移动至视野中心，提高观测效率，并能提高磨粒实际尺寸的度量准确度。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.显微镜载物台坐标系与图像采集坐标系转换参数确定方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)选择显微镜采集图像上的特征点，然后控制显微镜载物台移动，得到显微镜载物台移动前和移动后的距离差值，将该距离差值计作Δ；并采集特征点在图像坐标系中移动前的像素坐标p₁和特征点在图像坐标系中移动后的像素坐标p₂；

2)重复步骤1)至少一次；

3)根据步骤1)及步骤2)得到的至少两组数据Δ、p₁和p₂，通过公式Δ＝R′(p₂-p₁)计算得到显微镜载物台坐标系与图像采集坐标系的转换参数R′。