CN103955051B - 一种面向活体组织的实时自动对焦显微成像装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实时自动对焦显微成像装置，主要由显微镜头，图像采集模块，图像分析模块，电机和电机控制模块构成。实时自动对焦步骡包括：图像采集模块采集图像，图像分析模块分析图像的清晰度，电机控制模块根据清晰度的结果反馈控制电机和显微镜头运动，直到成像***获取到最佳清晰度的图像。当成像***和活休组织的相对位置发生改变，上述步骤再次循环，可以实现实时自动对焦成像。本发明将显微镜头，图像采集模块，图像分析模块，电机和电机控制模块集中在同一个探头内部，实现实时自动对焦显微成像，有效解决生物医学显微成像过程中，画向活体组织难以动态对焦的问题，操作简洁实用。

Description

一种面向活体组织的实时自动对焦显微成像装置和方法

技术领域

本发明涉及显微成像***领域，具体涉及一种面向活体组织的实时自动对焦显微成像装置和方法。

背景技术

显微成像***是生物医学微观领域观测及分析不可缺少的工具，然而传统的显微成像***，需要先将生物组织从活体切离，再进行封蜡，脱水，固定，染色，切片等一系列样品准备过程，才能获取显微图像。

活体的显微成像***的光学原理与传统显微镜相同，但样品不需要经过上述封蜡，脱水，固定，染色，切片等复杂准备过程，其可在自然状态下，无需切离组织，对目标体实现成像检测。活体的显微成像***技术关键在于如何调节焦点，使其与观测部位重合，以获得清晰的高分辨率图像；其技术难点在于，待成像部位和活体显微成像***的相对位置难以保持相对稳定，造成***对焦困难。现有的手动调焦方法在进行针对活体组织成像时，往往要求操作者动作敏捷，经验丰富，实际操作中，难以真正实现人工快速准确对焦，结果造成***成像模糊,并且成像耗时长。

发明内容

本发明的目的在于提供结构简单、能够实现实时自动对焦以获得清晰显微图像、可以对所需的图像进行拍照存档的一种显微成像装置。

本发明的又一目的在于提供一种面向活体组织的实时自动对焦显微成像方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种面向活体组织的实时自动对焦显微成像装置，包括外壳、电路板、电机、显微镜头、透明封口玻璃；所述电路板和电机设置在所述外壳内并固定在外壳上；所述透明封口玻璃设置在所述外壳的下端；

所述电路板包括图像采集模块，图像分析模块和电机控制模块；所述图像采集模块和所述图像分析模块数据线相连，所述图像分析模块和电机控制模块数据线相连；所述电机控制模块和所述电机数据线相连，所述电机和所述显微镜头连接；

所述图像采集模块包括感光芯片和图像采集芯片。

进一步地，所述感光芯片为CMOS感光芯片或者CCD感光芯片；所述图像采集模块内包含图像采集程序，所述图像分析模块内包含图像清晰度评价程序；图像的清晰度根据需要由图像的灰度梯度、频谱或者熵评价。

进一步地，所述外壳、电机、感光芯片、显微镜头和透明封口玻璃呈同轴设置。

进一步地，本发明还包括环形光源，所述环形光源设置于所述外壳内部并且和所述外壳同轴设置，所述环形光源设置在所述透明封口玻璃的上端；所述环形光源为LED环形光源或者任何白光光源、单色光源、红外光源。

进一步地，所述电路板与外部显示装置数据线连接。

进一步地，所述电机为VCM音圈电机或者MEMS微电机***，所述电机和所述显微镜头连接；所述电机的步长为1微米-20微米，行程为10微米-1000微米。

进一步地，所述图像采集模块和所述显微镜头构成成像***，所述图像采集模块、显微镜头、透明封口玻璃之间的相对位置由显微镜头的参数确定，使得成像***的焦点落于透明封口玻璃的外表面。

进一步地，所述外壳上设置有拍照按钮。

进一步地，所述显微镜头由一块或者几块透镜组合而成。

本发明的一种面向活体组织的实时自动对焦显微成像方法，包括以下步骤：

步骤1：将上述的面向活体组织的实时自动对焦装置置于活体组织上，并使透明封口玻璃贴合需要成像的活体组织。

步骤2：图像采集模块采集图像，图像分析模块分析图像的清晰度，然后图像分析模块把清晰度的分析结果通过数据线传输给电机控制模块，电机控制模块根据收到的清晰度分析结果来反馈控制电机运动，从而带动显微镜头运动。

步骤3：完成步骤2后，显微镜头到达新的位置，然后循环步骤2，直到图像清晰。

步骤4：当使用者从外接的显示装置中看到需要的图片时，按下拍照按钮即可使成像***拍下所需的图片。

本发明用于活体组织的显微成像，可在自然状态下观察活体组织；检测时，图像采集模块和图像分析模块一直处于工作状态，当活体组织和本发明装置相对位置发生改变时，本发明装置随即评价出图像的清晰度，清晰度不符合要求时，电机控制模块发出信号控制电机和显微镜头运动，实现实时自动对焦功能，本发明可以快速获取活体组织的清晰显微图像；本发明装置使用简单方便，并且设置有拍照按钮，可以保存需要的图像。

附图说明

图1是本发明的实时自动对焦装置的结构示意图；

图2是本发明自动对焦的流程图。

具体实施方式

参见图1，本发明的一种面向活体组织的实时自动对焦显微成像装置，包括外壳2、电路板3、电机4、显微镜头5、透明封口玻璃7；透明封口玻璃7设置在外壳2的下端；显微镜头5由一块或者几块透镜组合而成；电路板3和电机4设置在外壳2内并固定在外壳2上。

电路板3包括图像采集模块，图像分析模块和电机控制模块，三者集成于同一块电路板上，图像采集模块和图像分析模块数据线相连，图像分析模块和电机控制模块数据线相连；电机4与电机控制模块通过数据线相连；显微镜头5与电机4相连。

图像采集模块包括感光芯片和图像采集芯片。感光芯片为CMOS感光芯片或者CCD感光芯片。图像采集芯片内设置图像采集程序，图片分析模块内设置图像清晰度评价程序。图像的清晰度根据需要由图像的灰度梯度、频谱、或者熵评价，对于合焦的图像清晰度最高，具有清晰的边缘和丰富的细节，对应图像的灰度梯度最大，频域中高频成分最多，图像的信息熵最大。

本发明还包括环形光源6，其设置于外管2内部，并且在透明封口玻璃7的上端，环形光源6为LED环形光源或者为任何白光光源、单色光源、红外光源。

图像采集模块和显微镜头5构成该装置的成像***。图像采集模块、显微镜头5、透明封口玻璃7之间的相对位置由显微镜头5的参数确定，装配时使成像***的焦点落于透明封口玻璃7的外表面。

电机4为VCM音圈电机或者MEMS微电机***，电机的步长为1微米-20微米，行程为10微米-1000微米。

由上述可知成像***在装配时，成像***的焦点已经设置于透明封口玻璃7的外表面，而所需成像的活体组织和透明封口玻璃7是贴合的状态，成像时只需要小范围细调即可。

上述的外壳2、电机4、感光芯片、显微镜头5、环形光源6和透明封口玻璃7呈同轴设置。

本发明的电路板通过数据线和外部的显示装置连接；本发明还包括设置在外壳2上的拍照按钮1，拍照按钮1用于控制成像***拍摄图片，可以保存需要的图像。

参见图2，本发明的一种面向活体组织的实时自动对焦方法包括以下步骤：

步骤1：将上述的面向活体组织的实时自动对焦装置置于活体组织上，并使透明封口玻璃7贴合需要成像的活体组织。

步骤2：图像采集模块采集图像，图像分析模块分析图像的清晰度，然后图像分析模块把清晰度的分析结果通过数据线传输给电机控制模块，电机控制模块根据收到的清晰度分析结果来反馈控制电机4运动，从而带动显微镜头5运动。

步骤3：完成步骤2后，显微镜头5到达新的位置，然后循环步骤2，直到图像清晰。

步骤4：当使用者从外接的显示装置中看到需要的图片时，按下拍照按钮即可使成像***拍下所需的图片。

本发明用于活体组织的显微成像，可在自然状态下观察活体组织；检测时，图像采集模块和图像分析模块一直处于工作状态，当活体组织和本发明装置相对位置发生改变时，本发明装置随即评价出图像的清晰度，清晰度不符合要求时，电机控制模块发出信号控制电机和显微镜头运动，实现实时自动对焦功能，本发明可以快速获取活体组织的清晰显微图像；本发明装置使用简单方便，并且设置有拍照按钮，可以保存需要的图像。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (9)

1.一种面向活体组织的实时自动对焦显微成像装置，其特征在于，包括外壳、电路板、电机、显微镜头、透明封口玻璃；所述电路板和电机设置在所述外壳内并固定在外壳上；所述透明封口玻璃设置在所述外壳的下端；

所述电路板包括图像采集模块，图像分析模块和电机控制模块；所述图像采集模块和所述图像分析模块数据线相连，所述图像分析模块和电机控制模块数据线相连；所述电机控制模块和所述电机数据线相连，所述电机和所述显微镜头相连；

所述图像采集模块包括感光芯片和图像采集芯片；

所述图像采集模块和所述显微镜头构成成像***，所述图像采集模块、显微镜头、透明封口玻璃之间的相对位置由显微镜头的参数确定，使得成像***的焦点落于透明封口玻璃的外表面。

2.根据权利要求1所述的面向活体组织的实时自动对焦显微成像装置，其特征在于，所述感光芯片为CMOS感光芯片或者CCD感光芯片；所述图像采集模块内包含图像采集程序，所述图像分析模块内包含图像清晰度评价程序；图像的清晰度根据需要由图像的灰度梯度、频谱或者熵评价。

3.根据权利要求1所述的面向活体组织的实时自动对焦显微成像装置，其特征在于，所述外壳、电机、感光芯片、显微镜头和透明封口玻璃呈同轴设置。

4.根据权利要求1所述的面向活体组织的实时自动对焦显微成像装置，其特征在于，还包括环形光源，所述环形光源设置于所述外壳内部并且和所述外壳同轴设置，所述环形光源设置在所述透明封口玻璃的上端；所述环形光源为任何白光光源、单色光源、红外光源。

5.根据权利要求1所述的面向活体组织的实时自动对焦显微成像装置，其特征在于，所述电路板与外部显示装置数据线连接。

6.根据权利要求1所述的面向活体组织的实时自动对焦显微成像装置，其特征在于，所述电机为音圈电机或者微电机***；

所述电机的步长为1微米-20微米，行程为10微米-1000微米。

7.根据权利要求1所述的面向活体组织的实时自动对焦显微成像装置，其特征在于，所述外壳上设置有拍照按钮。

8.根据权利要求1所述的面向活体组织的实时自动对焦显微成像装置，其特征在于，所述显微镜头由一块或者几块透镜组合而成。

9.一种面向活体组织的实时自动对焦显微成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将权利要求1所述的面向活体组织的实时自动对焦显微成像装置置于活体组织上，并使透明封口玻璃贴合需要成像的活体组织；

步骤2：图像采集模块采集图像，图像分析模块分析图像的清晰度，然后图像分析模块把清晰度的分析结果通过数据线传输给电机控制模块，电机控制模块根据收到的清晰度分析结果反馈控制电机运动，从而带动显微镜头运动；

步骤3：完成步骤2后，显微镜头到达新的位置，然后循环步骤2，直到图像清晰；

步骤4：当使用者从外接的显示装置中看到需要的图片时，按下拍照按钮即可使成像***拍下所需的图片。