CN203204233U

CN203204233U - 一种适于显微镜对焦的自动检测装置

Info

Publication number: CN203204233U
Application number: CN201220396309.3U
Authority: CN
Inventors: 朱辉; 顾震
Original assignee: SHANGHAI XIGUANG INDUSTRIAL Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI XIGUANG INDUSTRIAL Co Ltd
Priority date: 2012-08-10
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2022-08-10

Abstract

本实用新型公开了一种适于显微镜对焦的自动检测装置，为显微镜对焦过程提供了一种可视化、快速清晰对焦的辅助装置，包括：显微镜(1)、CCD摄像机(2)、视频显示器(4)、视频图像分析单元(6)、显示单元(8)，所述CCD摄像机安装在显微镜的观察目镜窗口内，CCD摄像机将显微镜的光学成像转换成图像视频信号输入到视频显示器，所述视频图像分析单元采用FPGA纯硬件架构，实时逻辑运算，对所述视频显示器输出的成像视频进行数据分析，并将分析结果线输出到所述显示单元。本实用新型的优点是处理速度快、实时性强，操作者无需对图像进行清晰判断，借助装置输出的数字量就可简易地对焦到最佳程度，提高了对焦操作的便利性和准确性，降低了操作者的劳动强度。

Description

一种适于显微镜对焦的自动检测装置

技术领域：

本实用新型涉及显微镜对焦装置，尤其涉及一种适于显微镜对焦的自动检测装置。

背景技术：

显微镜在使用过程中，需要反复的调整焦距，以达到被观测物体清晰成像的目的，突出被观测物体的细节以实现对被观测物体特征的提取。通常情况下，操作者在调整显微镜焦距的过程中，被观测物体成像清晰的程度依赖于操作者主观的一个评价。操作者通过安装在显微镜目镜上的CCD摄像机输出的视频图像来判断焦距的合适位置，操作者来回反复调整焦距，然后根据图像的清晰程度来判断最佳的一个清晰位置。操作过程完全依赖于主观对图像的评价，没有标准可循，这样针对不同的观测对象，还需要反复的去判断，调焦操作过程盲目，每次的判断具有很大的偶然性和随机性，这无疑增加了操作者的劳动强度，同时，成像的最佳清晰度也难以保证。

发明内容：

本实用新型的目的是为了克服现有技术不足，而为显微镜对焦过程提供了一种可视化、快速清晰适于显微镜对焦的自动检测装置。

为了解决上述问题，本实用新型提供的适于显微镜对焦的自动检测装置包括显微镜、CCD摄像机、视频显示器、视频图像分析单元、显示单元连接数据线、显示单元。所述CCD摄像机安装在显微镜的观察目镜窗口内，CCD摄像机将显微镜的光学成像转换成图像视频信号输入到视频显示器。所述视频图像分析单元采用FPGA(可编程门阵列)纯硬件架构，实时逻辑运算，对所述视频显示器输出的成像视频进行数据分析，并将分析结果线输出到所述显示单元。

所述显示单元用于指导操作者进行调焦的人机界面。

本实用新型的工作原理是：通过所述CCD摄像机实时采集所述显微镜所成图像，并将该图像通过所述视频输出电缆输出到所述视频显示器，与此同时，所述视频图像分析单元对所述视频显示器的输出的成像视频采用分区图像逻辑对焦判断，分权运算，最终分析出对焦的度量值，并将该度量值通过所述显示单元连接数据线输出到所述显示单元进行显示，用于指导调焦的操作过程。

采用本实用新型的有益效果体现在以下几个方面：

本实用新型的视频图像分析单元采用FPGA(可编程门阵列)纯硬件架构(无CPU)，实时逻辑运算，因此，图像分析处理速度快、实时性强，这对缩短对焦过程有积极的促进作用。

本实用新型采用了供货渠道畅通且价格相对较低的FPGA纯硬件架构作为图像分析平台，因此，检测装置体积尺寸小，系统集成度高，便于携带且与可靠性高，成本低。

本实用新型视频图像分析单元的图像分析算法采用分区图像逻辑对焦判断，分权运算，最终合成输出对焦的度量值，因此，该处理算法的适应性好，这对对焦精度的提高有积极促进作用。

操作者无需对成像本身去进行主观判断，借助于显示单元输出的数字量就可以简易地判断对焦的程度，因此，提高了对焦操作的便利性和准确性，降低了操作者的劳动强度。

附图说明：

图1是为使用本实用新型的适于显微镜对焦的自动检测装置示意图。

图2是本实用新型的工作原理图。

具体实施方式：

下面结合附图及优选实施例对本实用新型进行进一步说明。

如图1所示，本实用新型优选实施例的适于显微镜对焦的自动检测装置包括显微镜1、CCD摄像机2、CCD摄像机视频输出电缆3、视频显示器4、显示器视频输出电缆5、视频图像分析单元6、显示单元连接数据线7、显示单元8。

CCD摄像机2安装在显微镜1顶端的目镜上，用于采集显微镜1所成图像；CCD摄像机2所拍摄的图像通过CCD摄像机视频输出电缆3输出到视频显示器4进行显示，操作者在进行对焦时通过直接观察视频显示器4上所显示的图像来判断对焦的大致位置；

视频显示器4上显示的图像通过显示器视频输出电缆5输出到视频图像分析单元6进行处理；视频图像分析单元6的处理结果通过显示单元连接数据线7输出到显示单元8显示，显示单元8作为人机界面指导操作者进行调焦的操作，显示单元8显示的数字量直接表征当前的对焦程度以及最佳对焦位置。

视频图像分析单元6包括视频信号预处理模块、数字化采集模块、图像分析模块。

信号预处理模块是对视频显示器4输出的视频图像信号进行箝位和模拟放大等预处理，预处理后的结果输出给数字化采集模块；预处理的目的是提高信号的动态范围，这样做有利于后续处理，从而可以提高运算的精度。

数字化采集模块的是通过模数转化器将信号预处理模块预处理后的模拟视频图像信号转化为数字视频信号，数字化后的数字视频信号输出给图像分析模块。

图像分析模块采用FPGA(可编程门阵列)纯硬件架构(无CPU)，这样做处理速度快、实时性强，这对缩短对焦过程有积极的促进作用

图像分析模块的功能是：对经过数字化采集模块数字化后的数字视频信号采用分区图像逻辑对焦判断，分权运算，具体包括预滤波、频域分析计算、统计输出等实时逻辑运算，最终分析出对焦的度量值，这种采用分区图像逻辑对焦判断，分权运算，有利于提高处理算法的适应性，进而可提高对焦精度；图像分析模块的统计输出结果通过显示单元连接数据线7输出到显示单元8显示。

所述预滤波，是通过非线性中值滤波器，对输入的数字图像进行滤波以去除噪声；通常，图像中存在随机变化的噪声，该随机噪声的频谱分布在高频段，不会因对焦程度的好坏而发生变化，而且噪声的分布属于高斯分布，由于噪声的存在会直接影响后续频域分析计算结果，进而影响最终对焦结果，因此必须对采集模块数字化后的数字视频信号进行预滤波，即进行去噪处理。

所述频域分析计算，是指对预滤波后的数字视频信号采用拉普拉斯变换运算，输出数字视频信号的高频分量，然后对该高频分量分区域进行运算统计，选择中间区域和视场中心附近的四周区域进行加权求和，最终得出当前对焦程度的度量值(无量纲)。

所述统计输出是指在调焦的过程中，实时解算当前的对焦程度作为“当前值”输出，同时，实时统计调焦过程中的“最大值”作为参考输出；由光学知识可知，调焦过程中，必然会出现一个最大的度量值，该最大值就是最佳的调焦位置。

如图1、图2所示，根据本实用新型，CCD摄像机2实时采集显微镜1所成图像，并将该图像通过视频输出电缆3输出到视频显示器4，视频显示器4的输出通过显示器视频输出电缆5输出到视频图像分析单元6进行处理，首先，视频图像分析单元6中的信号预处理模块对视频显示器4输出的成像视频进行预处理，主要包括箝位和模拟放大，以提高信号的动态范围，其次，视频图像分析单元6中的数字化采集模块对经过信号预处理模块预处理后的模拟视频图像信号进行数字化，最后，视频图像分析单元6中的图像分析模块对经过数字化采集模块数字化后的数字视频信号依次进行预滤波、频域分析计算、统计输出等实时逻辑运算，最终分析出对焦的度量值，并将该度量值通过显示单元连接数据线7输出到所述显示单元8进行显示，显示单元8采用“最大值+当前值”的显示形式，显示的左3位为“最大值”，即最佳对焦位置，右3位为“当前值”，即当前对焦程度，操作者进行调焦操作时，无需对图像进行清晰判断，只需调整焦距直到显示单元8显示的“当前值”与“最大值”相等，即表示已对焦到最佳位置。至此，本实用新型便完成了对焦检测过程。

Claims

1.一种适于显微镜对焦的自动检测装置，其特征是，包括：显微镜(1)、CCD摄像机(2)、视频显示器(4)、视频图像分析单元(6)、显示单元(8)，所述CCD摄像机安装在显微镜的观察目镜窗口内，CCD摄像机将显微镜的光学成像转换成图像视频信号输入到视频显示器，所述视频图像分析单元采用FPGA纯硬件架构。