CN204855930U - 增强现实显微镜 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种增强现实显微镜，包括显微成像系统、图像采集系统，图像处理模块、显示系统和观察透镜，显微成像系统，用于放大微观世界的现实场景；图像采集系统，用于采集显微成像系统中放大的所述现实场景；图像处理模块，用于根据图像采集系统采集的现实场景，构建与现实场景相对应的三维虚拟现实场景，并提取现实场景中的物质结构，将物质结构与三维虚拟现实场景进行图像合成；显示系统，用于将图像处理模块合成的图像进行显示；观察透镜，用于将显示系统显示的图像投射到人体视网膜上。本实用新型在不破坏微观世界的动态场景的基础上，让用户正确快速认识物质的微观结构和获得较佳的成像效果，提供沉浸感更强的用户体验。
Description
技术领域
本实用新型涉及增强现实技术领域，尤其涉及增强现实显微镜。
背景技术
“观测为实验科学之基础”。很早以前，人们相信“眼见为实”，所在感觉不到的东西，人们不会相信它的存在，当然，还有某些神秘现象，不是五官能感知的。但是，在今天，由于科学与技术的发展，人类早已知道，在人的五官所无法把握的地方，还有更小和更大的世界存在。人们知道物质世界是由微粒组成，在人类的视野之外存在着许许多多微乎其自由微的物体。像生物学中研究的细胞、细菌；物理世界中的微观粒子等等。这些微小的世界只用人的肉眼是根本看不见的，因为，人的最高视力是只能看清楚1/5毫米的微小物体。但是，聪明的人类实用新型了放大镜和显微镜，设法把物体放大，于是人们就可以看见微观世界了。放大镜是一个中间厚、边缘薄的玻璃片，人们叫它凸透镜。起初最好的放大镜，也不过把物体放大到20倍左右。在17世纪，人们发现把两块凸透镜给合起来，明显提高了放大能力，这种装置就是光学显微镜的前身。
17世纪显微镜的实用新型，是人类认识世界的一大飞跃，把人类带入了一个崭新的微观世界，促使生物学发生了革命性的变化，并由此创立了细胞学、组织学和微生物学。最初的显微镜还很简单，只能放大50～200倍，以后又逐步发展完善，可以把物体放大到1500倍左右。
近年来，纳米技术、低维材料、生物材料和各种材料结构尺度研究向纳米化和功能智能化方向发展，检测纳米尺度的工具已成为必不可少的研究手段。这些工具只是在近些年才被发展起来，主要有高分辨电子显微术和扫描探针微术，这些工具极大的帮助了人们对纳米世界的了解。透射电子显微镜是用来使样品的内部结构成像的重要的工具，其放大原理同样根据光学原理，由电子的波粒二像性，用电子代替可见光，用电磁透镜代替光学透镜。扫描电子显微镜采用许多透射电子显微镜开发的基本技术来提供与样品有关的表面特征的像。一束电子在样品的表面会聚成直径大约1纳米的斑点，并且通过表面来回地扫描。通过产生的反射(背散射)电子或者当入射电子使二次电子减速时从样品逸出的电子可以揭示样品的表面形貌。一个直观的图像，携带着由束斑与沿每个扫描线的每点的样品相互作用产生的信号，被同时在阴极射线管的荧光面上积累，类似于电视图像的产生方式。扫描探针显微镜，为纳米测量表征上的一个里程碑，是用一个极细的尖针(针尖头部为单个原子)去接近样品表面，当针尖和样品表面靠得很近，即小于1纳米时，针尖头部的原子和样器表面原子的电子云发生相互作用，通过控制针尖与样品表面间距的恒定，并使针尖沿表面进行精确的三维移动，就可将表面形貌和表面电子态等有关表面信息记录下来。
然而，透射电子显微镜、扫描电子显微器和扫描探针显微镜在探测过程中会对样品表面有损伤，破坏微观世界的动态场景，另外，微观世界是极其丰富多彩和纷繁复杂的，因此如何在不损伤样品的基础上，正确认识物质的微观结构和获得较佳的成像效果，是一个亟待解决的问题。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提出一种增强现实显微镜，旨在不破坏微观世界的动态场景的基础上，快速认识物质的微观结构和获得较佳的成像效果。
为实现上述目的，本实用新型提供的一种增强现实显微镜，所述增强现实显微镜包括显微成像系统、图像采集系统、图像处理模块、显示系统和观察透镜，所述显微成像系统、所述图像采集系统、所述图像处理模块、所述显示系统和所述观察透镜依次按序连接，其中，
所述显微成像系统，用于放大微观世界的现实场景；
所述图像采集系统，用于采集所述显微成像系统中放大的所述现实场景；
所述图像处理模块，用于根据所述图像采集系统采集的所述现实场景，构建与所述现实场景相对应的三维虚拟现实场景，并提取所述现实场景中的物质结构，将所述物质结构与所述三维虚拟现实场景进行图像合成；
所述显示系统，用于将所述图像处理模块合成的所述图像进行显示；
所述观察透镜，用于将所述显示系统显示的所述图像投射到人体视网膜上。
优选地，所述增强现实显微镜还包括照明系统，
所述照明系统，与所述显微成像系统相连，用于对所述显微成像系统进行照明。
优选地，所述照明系统为反射式照明系统。
优选地，所述照明系统为环形光源。
优选地，所述增强现实显微镜还包括记录系统，
所述记录系统，与所述图像处理模块相连，用于将所述图像处理模块合成的所述图像进行记录。
优选地，所述增强现实显微镜为双目连续变倍增强现实显微镜。
优选地，所述显微成像系统包括一个共用的初级物镜、两组变倍物镜和一组目镜，所述初级物镜、所述变倍物镜和所述目镜依次按序排列，同组的所述变倍物镜和所述目镜在同一成像光轴上，
所述初级物镜，用于对所述现实场景进行光学成像并对应生成两条成像光束；
所述变倍物镜，用于将所述初级物镜生成的所述成像光束进行分开，并放大所述现实场景；
所述目镜，用于对所述变倍物镜放大的所述现实场景进一步放大。
优选地，所述成像光束呈的角度为体视角，所述体视角的角度大小为12度至15度。
优选地，所述增强现实显微镜还包括物镜调节旋钮，
所述物镜调节旋钮，与所述变倍物镜相连，用于改变同组的所述变倍物镜之间的距离，调整所述显微成像系统的放大倍数。
优选地，所述增强现实显微镜还包括准焦螺旋，
所述准焦螺旋，所述准焦螺旋，与所述初级物镜相连，用于调节所述初级物镜与所述现实场景的距离。
本实用新型提出的增强现实显微镜，包括显微成像系统、图像采集系统，图像处理模块、显示系统和观察透镜，所述显微成像系统、所述图像采集系统、所述图像处理模块、所述显示系统和所述观察透镜依次按序连接，其中，所述显微成像系统，用于放大微观世界的现实场景；所述图像采集系统，用于采集所述显微成像系统中放大的所述现实场景；所述图像处理模块，用于根据所述图像采集系统采集的所述现实场景，构建与所述现实场景相对应的三维虚拟现实场景，并提取所述现实场景中的物质结构，将所述物质结构与所述三维虚拟现实场景进行图像合成；所述显示系统，用于将所述图像处理模块合成的所述图像进行显示；所述观察透镜，用于将所述显示系统显示的所述图像投射到人体视网膜上。本实用新型在不破坏微观世界的动态场景的基础上，让用户正确快速认识物质的微观结构和获得较佳的成像效果，提供沉浸感更强的用户体验。
附图说明
图1为本实用新型增强现实显微镜一实施例的平面结构示意图；
图2为本实用新型增强现实显微镜一实施例的立体结构示意图；
图3为本实用新型增强现实显微镜一实施例的功能模块示意图；
图4为本实用新型增强现实显微镜的原理示意图。
图中标记如下：
10-显微成像系统；20-图像采集系统；30-图像处理模块；40-显示系统；50-观察透镜；60-照明系统；70-记录系统；80-物镜调节旋钮；90-准焦螺旋；11-初级物镜；12-变倍物镜；13-目镜；14-成像光束；15-成像光轴。
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1、图2和图3所示，本实用新型第一实施例提出一种增强现实显微镜，包括显微成像系统10、图像采集系统20、图像处理模块30、显示系统40和观察透镜50，所述显微成像系统10、所述图像采集系统20、所述图像处理模块30、所述显示系统40和所述观察透镜50依次按序连接，其中，
所述显微成像系统10，用于放大微观世界的现实场景；
所述图像采集系统20，用于采集所述显微成像系统10中放大的所述现实场景；
所述图像处理模块30，用于根据所述图像采集系统20采集的所述现实场景，构建与所述现实场景相对应的三维虚拟现实场景，并提取所述现实场景中的物质结构，将所述物质结构与所述三维虚拟现实场景进行图像合成；
所述显示系统40，用于将所述图像处理模块30合成的所述图像进行显示；
所述观察透镜50，用于将所述显示系统40显示的所述图像投射到人体视网膜上。
本实施例提出的增强现实显微镜，在不破坏微观世界的动态场景的基础上，让用户正确快速认识物质的微观结构和获得较佳的成像效果，提供沉浸感更强的用户体验。，让用户快速认识物质的微观结构和获得较佳的成像效果，提供沉浸感更强的用户体验。
进一步参见图1，所述增强现实显微镜还包括照明系统60，所述照明系统60，与所述显微成像系统10相连，用于对所述显微成像系统10进行照明。所述照明系统60可以为透射式照明系统，还可以为反射式照明系统，所述透射式照明是将被测样品置于照明系统60和图像采集系统20之间，以突出不透明样品中的边缘或者透明样品的内部，但被测样品的表面信息则不易获得，其中，所述样品中承载微观世界的现实场景；所述反射式照明是将照明系统60和图像采集系统20置于被测样品的同侧，用于检测被测样品的表面细节与轮廓边缘。故在本实施例中，选用反射式照明系统，所述反射式照明系统可以为环形光源，还可以为同轴光源，所述环形光源由均匀分布在图像采集系统的多颗LED(Light-EmittingDiode，发光二极管)组成，照明光线成散射状照射在零件上，所述同轴光源由多颗LED、聚光镜以及与成像光轴成45度的半透半反镜组成，照明光线与成像光轴基本平行。若被测样品特征为轮廓时应选用同轴光源，而环形光源可增强被测样品的不同表面细节间的对比度，当被测样品为表面细节时应选用环形光源。故在本实施例中，采用环形光源。
本实施例提出的增强现实显微镜，所述照明系统采用反射式照明系统中的环形光源，可以避免因光照不均匀引起的图像质量的下降。
进一步参见图1，所述增强现实显微镜还包括记录系统70，所述记录系统70，与所述图像处理模块30相连，用于将所述图像处理模块30合成的所述图像进行记录。在样品的检测过程中，可能会出现显著的变化，所述增强现实显微镜的记录系统70记录下所述变化过程，并相应进行保存，以便检测过程的查询和精彩再现。
本实施例提出的增强现实显微镜，通过记录系统进行记录和保存整个检测过程，从而方便查询和检测过程的再现。
如图4所示，所述增强现实显微镜为双目连续变倍增强现实显微镜。所述双目连续变倍增强现实显微镜的显微成像系统10包括一个共用的初级物镜11、两组变倍物镜12和一组目镜13，所述初级物镜11、所述变倍物镜12和所述目镜13依次按序排列，同组的所述变倍物镜12和所述目镜13在同一成像光轴上，所述初级物镜11，用于对所述现实场景进行光学成像并对应生成两条成像光束；所述变倍物镜12，用于将所述初级物镜11生成的所述成像光束进行分开，并放大所述现实场景；所述目镜13，用于对所述变倍物镜12放大的所述现实场景进一步放大。所述图像采集系统20采用CCD(Charge-coupledDevice，电荷耦合元件)图像传感器对，所述CCD图像传感器对首先分别摄取各自目镜13中所生成的放大的虚像，其中，所述放大的虚像中呈现的是两个视差不同的微观世界的现实场景的图像；然后将所述图像对应发送给所述显示系统40中各自的屏幕进行显示，并将各自显示的图像分别投射到相应的观察透镜50中，在人眼的正前方呈现微观世界的三维图像。
本实施例提出的增强现实显微镜，采用双目连续变倍增强现实显微镜，在人眼的正前方呈现微观世界的三维图像，提供显示效果更佳和沉浸感更强的用户体验。
进一步参见图4，所述成像光束呈的角度为体视角，所述体视角的角度大小为12度至15度。在本实施例中，所述体视角的角度为13度。
本实施例提出的增强现实显微镜，利用双通道光路，双目镜筒中的左右两光束不是平行，而是具有一定的夹角，两个镜筒的光轴构成相当于人们用双目摄相机观察一个物体时所形成的视角，所以观察物体时能形成三维空间的立体视觉图像。
进一步参见图1和图2，所述增强现实显微镜还包括物镜调节旋钮80，所述物镜调节旋钮80，与所述变倍物镜12相连，用于改变同组的所述变倍物镜12之间的距离，调整所述显微成像系统的放大倍数。所述增强现实显微镜还包括准焦螺旋90，所述准焦螺旋90，与所述初级物镜11相连，用于调节所述初级物镜11与所述现实场景的距离，以进一步调整所述显微成像系统的放大倍数。
本实施例提出的增强现实显微镜，通过物镜调节旋钮和准焦螺旋来调整显微成像系统的放大倍数，以满足观察不同微观世界的需求。
进一步参见图4，本实施例所述增强现实显微镜的实现原理如下所示：
本实施例所述增强现实显微镜采用双目连续变倍增强现实显微镜，用于实时观察微观世界的动态场景，产生立体视觉效果。本实施例所述增强现实显微镜采用两子光路的方式，所述两子光路的夹角为13度，微观世界的动态场景通过显微成像系统10进行放大，具体地，所述显微成像系统10包括一个共用的初级物镜11、两组变倍物镜12和一组目镜13，同组的所述变倍物镜12和所述目镜13在同一成像光轴15上，所述初级物镜11对所述现实场景进行光学成像并对应生成两条成像光束14；所述变倍物镜12将所述初级物镜11生成的所述成像光束14进行分开，并放大所述现实场景；所述目镜13对所述变倍物镜12放大的所述现实场景进一步放大。
所述图像采集系统20采集所述显微成像系统中放大的所述现实场景，具体地，所述图像采集系统20采用CCD图像传感器对，所述CCD图像传感器对首先分别摄取各自目镜13中所生成的放大的虚像，其中，所述放大的虚像中呈现的是两个视差不同的微观世界的现实场景的图像。
所述图像处理模块30根据所述图像采集系统20采集的所述现实场景，构建与所述现实场景相对应的三维虚拟现实场景，并提取所述现实场景中的物质结构，将所述物质结构与所述三维虚拟现实场景进行图像合成。
所述图像处理模块30将所述合成的图像对应发送给所述显示系统40中各自的屏幕进行显示，并将各自显示的图像分别投射到相应的观察透镜50中，由所述观察透镜50将所述显示系统40显示的所述图像投射到人体视网膜上，从而在人眼的正前方呈现微观世界的三维图像。
以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种增强现实显微镜，其特征在于，所述增强现实显微镜包括显微成像系统、图像采集系统、图像处理模块、显示系统和观察透镜，所述显微成像系统、所述图像采集系统、所述图像处理模块、所述显示系统和所述观察透镜依次按序连接，其中，
所述显微成像系统，用于放大微观世界的现实场景；
所述图像采集系统，用于采集所述显微成像系统中放大的所述现实场景；
所述图像处理模块，用于根据所述图像采集系统采集的所述现实场景，构建与所述现实场景相对应的三维虚拟现实场景，并提取所述现实场景中的物质结构，将所述物质结构与所述三维虚拟现实场景进行图像合成；
所述显示系统，用于将所述图像处理模块合成的所述图像进行显示；
所述观察透镜，用于将所述显示系统显示的所述图像投射到人体视网膜上。
2.如权利要求1所述的增强现实显微镜，其特征在于，所述增强现实显微镜还包括照明系统，
所述照明系统，与所述显微成像系统相连，用于对所述显微成像系统进行照明。
3.如权利要求2所述的增强现实显微镜，其特征在于，所述照明系统为反射式照明系统。
4.如权利要求2或3所述的增强现实显微镜，其特征在于，所述照明系统为环形光源。
5.如权利要求1所述的增强现实显微镜，其特征在于，所述增强现实显微镜还包括记录系统，
所述记录系统，与所述图像处理模块相连，用于将所述图像处理模块合成的所述图像进行记录。
6.如权利要求1所述的增强现实显微镜，其特征在于，所述增强现实显微镜为双目连续变倍增强现实显微镜。
7.如权利要求6所述的增强现实显微镜，其特征在于，所述显微成像系统包括一个共用的初级物镜、两组变倍物镜和一组目镜，所述初级物镜、所述变倍物镜和所述目镜依次按序排列，同组的所述变倍物镜和所述目镜在同一成像光轴上，
所述初级物镜，用于对所述现实场景进行光学成像并对应生成两条成像光束；
所述变倍物镜，用于将所述初级物镜生成的所述成像光束进行分开，并放大所述现实场景；
所述目镜，用于对所述变倍物镜放大的所述现实场景进一步放大。
8.如权利要求7所述的增强现实显微镜，其特征在于，所述成像光束呈的角度为体视角，所述体视角的角度大小为12度至15度。
9.如权利要求7所述的增强现实显微镜，其特征在于，所述增强现实显微镜还包括物镜调节旋钮，
所述物镜调节旋钮，与所述变倍物镜相连，用于改变同组的所述变倍物镜之间的距离，调整所述显微成像系统的放大倍数。
10.如权利要求9所述的增强现实显微镜，其特征在于，所述增强现实显微镜还包括准焦螺旋，
所述准焦螺旋，与所述初级物镜相连，用于调节所述初级物镜与所述现实场景的距离。
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| GR01 | Patent grant | ||
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