CN114879354A - 可切换多物镜的快速测算数码显微镜装置及测算方法 - Google Patents

Abstract

本发明为可切换多物镜的快速测算数码显微镜装置及测算方法；装置利用旋转壳体和定位中心轴体的配合形成方便切换物镜的结构，方法应用在该结构上；标定板上至少有一个参考标尺；通过图像传感器采集标定板的图像数据，并在显示器中；获取比例标尺图像，调整标定板以使得参考标尺至少一个端点与比例标尺图像的一个端点重合；根据参考标尺的实际尺寸获得比例标尺图像的尺寸，并确定比例尺；获取待测工件在显示器中的待测画面；根据比例尺测算兴趣范围的尺寸；对于标定板的放置位置无需过多校准，能够在显示器上通过比例标尺图像的端点平齐来获得参数定义，得到比例尺；对于待测画面自定义的兴趣范围，利用定义的比例尺得到相应尺寸；该方法简便便捷。

Description

可切换多物镜的快速测算数码显微镜装置及测算方法

技术领域

本发明涉及数码显微镜技术领域，尤其涉及一种可切换多物镜的快速测算数码显微镜装置及测算方法。

背景技术

在数码显微镜（在本专利中，数码显微镜指“带有成像系统的显微镜”）中，经物镜放大的标本图像被内置的图像传感器捕捉和放大，然后显示在显示器上。显微镜使用者往往会有要在所显示的图像上直接进行尺寸测量的需求。对此可采用以下两种基本的方法。

一种方法称为理论校准，它是通过将显微镜物镜的放大倍率（通常刻印在物镜上）、和其它透镜组的倍率相乘而得到总的放大倍率，然后用由软件测得的显示器图像的尺寸除以总的放大倍率以得出标本的实际尺寸。这种方法的缺点在于，使用者需要知道目前安装在显微镜上的是哪些倍率的物镜，并且需要知道对每个可更换的显微镜部件的总放大倍率的影响。

另一种方法称为测量校准，它是利用数码显微镜的软件提供像素映射功能以测量图像的像素距离。为了将像素距离转换成标本上的实际距离，使用者需要对一尺寸已知的物体进行测量。通过该基准物体能精确地建立起显示器屏幕上的像素距离与标本上的实际距离之间的关系并通过显微镜软件记录下来。然后，可利用该校准系统来测量感兴趣的标本。上述基准物体被称作校准板。测量校准不需要使用者知道显微镜的太多信息，但需要利用显微镜的软件对实际尺寸已知的校准板生成图像。然后，软件测量该图像中的两个特征之间的像素距离，并借助于使用者输入的实际（已知）距离建立起映射关系。在现有技术中，例如申请号为202011003963.9的文件公开了一种相机标定方法、装置、电子设备及存储介质；方法包括：采集拍摄有多个标定板的图像，每一个标定板包括大小不对称的多个标志圆与棋盘格，每一个标定板的摆放姿态不同；对图像中的多个标定板进行分割，提取每一个标定板中的标志圆点坐标集及棋盘格内角点坐标集；根据每一个标定板对应的标志圆点坐标集及棋盘格内角点坐标集，对相机进行标定，得到相机参数。本发明在同一张采集图像中设置有多个姿态不同的标定板，且每一个标定板中包含两种不同的图案；本发明技术方案通过分割图像中各个标定板，提取每一个标定板中标志圆点坐标集及棋盘格内角点坐标集，从而实现单张图像对目标相机参数的标定；但是这种方式需要复杂方式来校准标定板的摆放，在校准标定板摆放到位后，如果发现需要更换其它倍率的物镜，则难免扰动和碰触到已经定位的标准标定板，那么又需要重新进行校准；这个复杂操作的成因有两个，一是物镜的切换过于繁复，二是校准定位过于繁琐，无法实时定义获得视域内的比例尺；因此，需要一种能够切换物镜时不影响标尺，同时可以方便定义标尺长度的方法。

发明内容

针对上述技术中存在的现有技术中，物镜的更换和切换繁琐，并且标尺大小定义方法过于繁琐的问题；提供一种技术方案进行解决。

为实现上述目的，本发明提供一种可切换多物镜的快速测算数码显微镜装置，包括相连接的显示器及底座，所述底座设置有镜筒；所述镜筒内设置有图像传感器，所述图像传感器与所述显示器电连接以显示画面；所述底座还设置有调焦齿轮组，所述调焦齿轮组与所述镜筒连接以实现调焦；所述底座远离所述显示器一侧的端面连接有旋转壳体，所述旋转壳体通过定位中心轴体与所述底座连接，并形成旋转结构；其中，所述旋转壳体与所述底座的接触端面设置有相互配合的旋转定位结构，所述旋转定位结构用于在所述旋转壳体旋转时形成多个卡接挡位；所述旋转壳体上还设置有至少两个用于安装物镜的安装孔，所述安装孔绕所述定位中心轴体周向均匀分布，当所述旋转定位结构在卡接挡位内时，至少有一个所述物镜被配置在所述镜筒下，以供物镜影像通过。

作为优选，所述旋转定位结构包括多个弹簧滚珠及凹槽；所述旋转壳体上周向均匀分布有所述弹簧滚珠或凹槽，所述底座对应周向分布有所述凹槽或弹簧滚珠。

作为优选，所述定位中心轴体为补光灯，所述补光灯与所述底座固定连接，并形成卡接间隙，所述旋转壳体至少部分被固定在所述卡接间隙内。

作为优选，所述补光灯包括依次设置的灯板固定座、灯板和灯罩，所述灯板固定座与所述底座螺丝固定。

还公开一种数码显微镜快速测算方法，采用上述的装置，所述物镜远离所述镜筒的一侧用于放置标定板，所述标定板上至少有一个参考标尺；测算方法包括：

选定其中一个所述物镜，通过所述图像传感器采集所述标定板的图像数据，并在所述显示器中显示；

获取比例标尺图像，调整所述标定板以使得所述参考标尺至少一个端点与所述比例标尺图像的一个端点重合；

根据所述参考标尺的实际尺寸获得所述比例标尺图像的尺寸，并确定比例尺；

获取待测工件在所述显示器中的待测画面；

在所述待测画面上被标定有兴趣范围，根据所述比例尺测算所述兴趣范围的尺寸。

作为优选，在获取比例标尺图像时，获取预存的比例标尺图像、或者获取自定义指令，所述自定义指令的优先级高于所述比例标尺图像的显示优先级；所述自定义指令指在所述显示器上触摸划出的直线或曲线；将所述直线或所述曲线定义为所述比例标尺图像。

作为优选，当所述自定义指令为直线时，获取所述直线首尾的第一端点和第二端点，将所述第一端点与所述参考标尺的其中一个端点重合。

作为优选，当所述自定义指令为曲线时，获取所述曲线首尾的第三端点和第四端点，拟合所述第三端点和所述第四端点之间的线段；将所述第三端点与所述参考标尺的其中一个端点重合。

作为优选，所述兴趣范围包括有直线、曲线、圆形、正方形和三角形。

作为优选，在通过所述旋转壳体切换物镜后，通过所述调焦齿轮组进行调焦后，所述比例标尺图像的其中一个端点已经被配置与所述参考标尺的端点重合；并重新确定所述比例标尺图像的尺寸，获得比例尺。

本发明的有益效果是：本发明公开一种可切换多物镜的快速测算数码显微镜装置及测算方法；装置利用旋转壳体和定位中心轴体的配合形成方便切换物镜的结构，方法应用在该结构上；物镜远离镜筒的一侧用于放置标定板，标定板上至少有一个参考标尺；测算方法包括：选定其中一个物镜，通过图像传感器采集标定板的图像数据，并在显示器中；获取比例标尺图像，调整标定板以使得参考标尺至少一个端点与比例标尺图像的一个端点重合；根据参考标尺的实际尺寸获得比例标尺图像的尺寸，并确定比例尺；获取待测工件在显示器中的待测画面；在待测画面上被标定有兴趣范围，根据比例尺测算兴趣范围的尺寸；所以对于标定板的放置位置无需过多校准，能够在显示器上通过比例标尺图像的端点平齐来获得参数定义，以得到长度比例尺；那么对于待测画面中可以自定义的兴趣范围，利用定义的比例尺即可得到相应计算尺寸；该方法标尺大小定义简便，使用便捷。

附图说明

图1为本发明的立体图；

图2为本发明的爆炸图；

图3为本发明的剖视图；

图4为本发明的底座另一视角立体图；

图5为本发明的定位中心轴体结构图；

图6为本发明的方法流程图；

图7为本发明其中一个实施例界面示意图。

主要元件符号说明如下：

1、显示器；

2、底座；21、镜筒；22、图像传感器；

3、旋转壳体；31、安装孔；32、物镜；

4、定位中心轴体；41、灯板固定座；42、灯板；43、灯罩；44、卡接间隙；43、中心通孔；

5、旋转定位结构；51、弹簧滚珠；52、凹槽。

具体实施方式

为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。

在下文描述中，给出了普选实例细节以便提供对本发明更为深入的理解。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。应当理解所述具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件或它们的组合。

本发明公开一种可多物镜切换的数码显微镜，请参阅图1-图5；包括相连接的显示器1及底座2，底座2设置有镜筒21；镜筒21内设置有图像传感器22，图像传感器22与显示器1电连接以显示画面，在一些实施例中，在底座内还设置有能够调整焦距的组件，底座还设置有调焦齿轮组，调焦齿轮组与镜筒连接以实现调焦；使用调焦齿轮组来调整图像传感器与物镜之间的距离，达到调焦的效果；底座2远离显示器一侧的端面连接有旋转壳体3，旋转壳体3通过定位中心轴体4与底座连接，并形成旋转结构；其中，旋转壳体3与底座2的接触端面设置有相互配合的旋转定位结构5，旋转定位结构5用于在旋转壳体旋转时形成多个卡接挡位；旋转壳体3上还设置有至少两个用于安装物镜的安装孔31，安装孔31绕定位中心轴体4周向均匀分布，当旋转定位结构5在卡接挡位内时，至少有一个物镜32被配置在镜筒下，以供物镜影像通过。利用定位中心轴体使得旋转壳体能够绕轴旋转，达到可以切换不同物镜的效果；同时配合旋转定位结构形成的卡接挡位，在每个相邻挡位之间旋转切换后，相邻的物镜也随之切换；在旋拧旋转壳体时，依赖旋转定位结构提供阻尼感，能够让用户更好地进行物镜的切换和调整，并且整个结构稳定性高。

在本实施例中，旋转定位结构5包括多个弹簧滚珠51及凹槽52；旋转壳体3上周向均匀分布有弹簧滚珠或凹槽，底座2对应周向分布有凹槽或弹簧滚珠。也就是说，当旋转壳体设置有弹簧滚珠时，那么在底座上设置为凹槽；反之在旋转壳体设置凹槽时，在底座上设置弹簧滚珠；利用弹簧滚珠可以提供回复力的特性，在旋转壳体转动过程就可以提供阻尼感，并且在滚珠嵌入到凹槽内时，也就形成了卡接挡位，能够被用户感知，并且每个卡接挡位即对应了物镜调整到位，因此可以很方便的对物镜进行切换。

在本实施例中，定位中心轴体4为补光灯，补光灯与底座2固定连接，并形成卡接间隙，旋转壳体至少部分被固定在卡接间隙44内。将补光灯与底座固定，并且将旋转壳体卡接固定在两者之间，使得旋转壳体可以绕定位中心轴体旋转，并且起到补光的效果，同时无论切换哪个物镜，补光灯都能够提供良好的光照环境，无需多次调整；使用非常的方便。

在本实施例中，补光灯包括依次设置的灯板固定座41、灯板42和灯罩43，灯板固定座41与底座2螺丝固定。灯板固定嵌合在灯板固定座上，由灯板固定座固定连接在底座，并且灯板固定座和底座之间承托旋转壳体，结构设计巧妙，同时连接更加稳定。

在本实施例中，旋转壳体3的中心轴位置设置有中心通孔33，补光灯4自中心通孔53嵌入与底座连接；安装孔绕中心通孔轴向分布。旋转壳体绕补光灯旋转，因此将补光灯嵌入中心通孔内，能够更好的减少结构干涉，并且减小结构体积，同时方便将旋转壳体进行承托卡接。

在本实施例中，安装孔的数量与卡接挡位的数量对应。也就是说在每次旋转调整到一个卡接挡位时，必定有一个物镜与镜筒同轴设置使用。

在本实施例中，安装孔有三个，呈120°夹角均匀分布。三个物镜采用不同放大倍数；并且由于物镜和安装孔之间为可拆卸连接，可以选择多种物镜进行适配使用。

在本实施例中，旋转壳体3的侧壁向外延伸形成容置腔，物镜和补光灯设置于容置腔内。在一定程度上可以保护物镜和补光灯，以防止碰撞损坏。

还公开一种数码显微镜快速测算方法，采用上述的装置，物镜远离镜筒的一侧用于放置标定板，标定板上至少有一个参考标尺，所谓标定板值在该结构上至少有一个特征尺寸，特征尺寸是已经被预先定义的，并且在标定板上有对应尺寸的图形；测算方法包括：

选定其中一个物镜，因为在本装置中，可以配置多个不同放大倍数的物镜，并且在将标定板放置上去以后也能够通过旋转壳体切换物镜，所以切换物镜的过程中也不会影响标定板的放置位置，并且始终处于镜筒的光路下方，再切换物镜后只需要调整焦距即可得到清晰的像，通过图像传感器采集标定板的图像数据，并在显示器中显示；

获取比例标尺图像，所谓比例标尺图像可以是在显示器处理器中预存的一个具有固定长度的图形，也可以是自定义长度和方向的图形，以此来对照标定板的图像数据，从而作出判断，调整标定板以使得参考标尺至少一个端点与比例标尺图像的一个端点重合；

根据参考标尺的实际尺寸获得比例标尺图像的尺寸，并确定比例尺；由于标定板放置在承载台上，因此可以微调以对准端点，并且形成与比例标尺图像对准；更优的一种方式，是调整比例标尺图像，因为在确定了比例标尺图像之后，在显示器上呈现为同一个整体的直线图形，所以可以在显示器的显示器范围内进行拖动，那么就可以更容易的调整为端点匹配的程度；由于参考标志存在物镜的影响，距离非常小的挪动在显示器上也会有较大的位移距离，因此直接调整比例尺图像是较好的调整方式；

获取待测工件在显示器中的待测画面；所谓待测工件就是需要利用数码显微镜进行测量的物品；

在待测画面上被标定有兴趣范围，根据比例尺测算兴趣范围的尺寸；通过镜筒的光路获取到了视场内的待测画面，那么通过在显示器上标定兴趣范围，所以计算的就是显示器上的画面尺寸，而通过上述的方法已经确定比例尺，因此只需要将该兴趣范围在显示器上进行定义即可得到相应的尺寸数值。

在本实施例中，在获取比例标尺图像时，获取预存的比例标尺图像、或者获取自定义指令，自定义指令的优先级高于比例标尺图像的显示优先级；自定义指令指在显示器上触摸划出的直线或曲线；将直线或曲线定义为比例标尺图像。也就是是说，获取比例标尺图像的方式存在两种方法，一种是通过预存在处理器内的图像直接显示，第二种是通过触摸屏幕自定义一个比例标尺图像，因此有更高的自由度和操作性；而为了进一步减小自定义图形的误差，在自定义比例标尺图像后，直接拟合成标准直线，以减小定义误差。

在本实施例中，当自定义指令为直线时，获取直线首尾的第一端点和第二端点，将第一端点与参考标尺的其中一个端点重合。由于限定出直线长度后，就可以基于此为基础计算出其它规则图形的尺寸，不规则图形也可以通过积分的方式进行计算得到，那么在重合第一端点和参考标尺的端点重合后，即便构成平行或者夹角，都可以定义出一个相应数值，从而得到比例尺；最优选的就是两条线段重合进行定义。

在本实施例中，当自定义指令为曲线时，获取曲线首尾的第三端点和第四端点，拟合第三端点和第四端点之间的线段；将第三端点与参考标尺的其中一个端点重合。因为在定义成曲线时，存在有曲率不一的问题，因此将其拟合成为线段进行计算。

在本实施例中，兴趣范围包括有直线、曲线、圆形、正方形和三角形。当使用时，利用线段定义好比例尺后，在显示器上对待测物体的像进行圈定，利用标准图形：圆形、正方形等划定范围，通过比例尺对该图形范围进行积分计算，从而得到对应的参数，具体的，圆形还能够显示出该直径大小和周长面积等基本测算数据。

在本实施例中，在通过旋转壳体切换物镜后，通过调焦齿轮组进行调焦后，比例标尺图像的其中一个端点已经被配置与参考标尺的端点重合；并重新确定比例标尺图像的尺寸，获得比例尺。物镜的改变带来的是放大倍率的改变，由于采用了本装置的多物镜切换设计，对于物镜的切换可以随时进行，不需要对标志物的放置位置进行调整，那么在显示器视场内的图像和比例标尺图像也不会有太大的改变，因此只需要做出微调即可，无需完全重头再来；非常的方便。

在一个简要的使用方法中，使用者首先确定好一个标定板，并记录标定板上的特征尺寸和对应的参考标尺的图像；放置在载物台上后调整焦距在显示器上获得清晰的像，然后调用比例标尺图像，比对后得到比例标尺图像尺寸，从而确定比例尺大小；然后切换待测物体，待测物体在显示器上呈现清晰的像后，圈定出兴趣范围，然后根据比例尺得到兴趣范围的基本数据。

本发明的优势在于：

1、能够以非常便捷的方式切换镜头，以满足不同的使用要求；切换方式简单，结构设计巧妙、并且转动过程精准稳定

2、能够快速简便的定义出不同物镜下的比例尺，以此来便捷测算出待测物体的尺寸数据。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可切换多物镜的快速测算数码显微镜装置，包括相连接的显示器及底座，所述底座设置有镜筒；所述镜筒内设置有图像传感器，所述图像传感器与所述显示器电连接以显示画面；所述底座还设置有调焦齿轮组，所述调焦齿轮组与所述镜筒连接以实现调焦；其特征在于，所述底座远离所述显示器一侧的端面连接有旋转壳体，所述旋转壳体通过定位中心轴体与所述底座连接，并形成旋转结构；其中，所述旋转壳体与所述底座的接触端面设置有相互配合的旋转定位结构，所述旋转定位结构用于在所述旋转壳体旋转时形成多个卡接挡位；所述旋转壳体上还设置有至少两个用于安装物镜的安装孔，所述安装孔绕所述定位中心轴体周向均匀分布，当所述旋转定位结构在卡接挡位内时，至少有一个所述物镜被配置在所述镜筒下，以供物镜影像通过。

2.根据权利要求1所述的可切换多物镜的快速测算数码显微镜装置，其特征在于，所述旋转定位结构包括多个弹簧滚珠及凹槽；所述旋转壳体上周向均匀分布有所述弹簧滚珠或凹槽，所述底座对应周向分布有所述凹槽或弹簧滚珠。

3.根据权利要求1所述的可切换多物镜的快速测算数码显微镜装置，其特征在于，所述定位中心轴体为补光灯，所述补光灯与所述底座固定连接，并形成卡接间隙，所述旋转壳体至少部分被固定在所述卡接间隙内。

4.根据权利要求3所述的可切换多物镜的快速测算数码显微镜装置，其特征在于，所述补光灯包括依次设置的灯板固定座、灯板和灯罩，所述灯板固定座与所述底座螺丝固定。

5.一种数码显微镜快速测算方法，其特征在于，采用权利要求1-4任一项所述的装置，所述物镜远离所述镜筒的一侧用于放置标定板，所述标定板上至少有一个参考标尺；测算方法包括：

选定其中一个所述物镜，通过所述图像传感器采集所述标定板的图像数据，并显示在所述显示器中；

获取比例标尺图像，调整所述标定板以使得所述参考标尺至少一个端点与所述比例标尺图像的一个端点重合；

根据所述参考标尺的实际尺寸获得所述比例标尺图像的尺寸，并确定比例尺；

获取待测工件在所述显示器中的待测画面；

在所述待测画面上被标定有兴趣范围，根据所述比例尺测算所述兴趣范围的尺寸。

6.根据权利要求5所述的数码显微镜快速测算方法，其特征在于，在获取比例标尺图像时，获取预存的比例标尺图像、或者获取自定义指令，所述自定义指令的优先级高于所述比例标尺图像的显示优先级；所述自定义指令指在所述显示器上触摸划出的直线或曲线；将所述直线或所述曲线定义为所述比例标尺图像。

7.根据权利要求6所述的数码显微镜快速测算方法，其特征在于，当所述自定义指令为直线时，获取所述直线首尾的第一端点和第二端点，将所述第一端点与所述参考标尺的其中一个端点重合。

8.根据权利要求6所述的数码显微镜快速测算方法，其特征在于，当所述自定义指令为曲线时，获取所述曲线首尾的第三端点和第四端点，拟合所述第三端点和所述第四端点之间的线段；将所述第三端点与所述参考标尺的其中一个端点重合。

9.根据权利要求5所述的数码显微镜快速测算方法，其特征在于，所述兴趣范围包括有直线、曲线、圆形、正方形和三角形。

10.根据权利要求5所述的数码显微镜快速测算方法，其特征在于，在通过所述旋转壳体切换物镜后，通过所述调焦齿轮组进行调焦后，所述比例标尺图像的其中一个端点已经被配置与所述参考标尺的端点重合；并重新确定所述比例标尺图像的尺寸，获得比例尺。

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