CN104394323A - 一种放大显微图像的拍摄方法 - Google Patents

Abstract

一种放大显微图像的拍摄方法，涉及放大显微拍摄。将步进云台保持垂直；调节置物台水平；连接相机、转接筒、摄影皮腔和镜头，使用快装板连接相机和云台，确保镜头光轴垂直；调节镜头与相机图像传感器以及镜头与被拍摄物体的间距，并使成像圈覆盖整个传感器；将控制器与电机连接，通过快门线与相机连接，在相机的热靴上安装引闪器控制闪光灯，通过控制器操作云台，通过相机取景器实时观察对焦位置，将对焦位置设定在目标起始对焦深度，并设定每次的对焦位置移动量，保证每次拍摄对焦区域都有重合的部分，之后确定拍摄数量，即可进行自动拍摄；将拍摄的一系列连续局部对焦图像合成一幅包含被拍摄物体各个深度图像信息的图像。

Description

一种放大显微图像的拍摄方法

技术领域

本发明涉及光电检测技术中的放大显微拍摄领域，尤其是涉及一种放大显微图像的拍摄方法。

背景技术

公元16世纪末，荷兰的札恰里亚斯·詹森父子发明了世界第一台显微镜。自此，人类开始对微观世界进行细致的观察。显微影像的记录手段经历了手绘、胶片，直至如今的数码传感器。数码传感器的运用，能够在拍摄完成后直接显示拍摄结果，大幅提高影像记录的效率和效果，同时大幅降低拍摄成本和拍摄技术门槛。

放大、显微镜头受限于光学技术和材料的限制，往往无法兼顾景深和数值孔径。景深是光学观测***在光轴方向上能清晰成像的范围，景深越大，在光轴方向上能观察到的深度范围越广。数值孔径是显微镜物镜的主要技术参数，表征镜头分辨率的高低，数值孔径越大，分辨率越高，但景深越小。因此，如何同时保证高分辨率和大景深是当前显微拍摄***的迫切需求。

在保证镜头高分辨率的前提下，可通过焦点堆迭合成技术，通过拍摄一系列连续对焦于被拍摄物体不同深度的图像，使用焦点堆迭软件将这一系列图像合成为一幅在各个深度都清晰对焦的图像。

同时，目前专业放大显微图像拍摄***多使用专用CCD传感器，其图像拍摄性能一般较差，特别是在像素和高感光度成像方面。现今市售单镜头反光板光学取景器数码相机或微型单镜头数码相机在这两方面远远比显微***专用CCD传感器优秀，最高有效像素已达到3640万，最高感光度409600，而价格相对低廉。

而且目前专业放大显微图像拍摄***多采用成像***和置物台整合的方式，虽增强了***的完整性，但也导致数字成像组件和调焦组件的震动将直接传递到被拍摄物体，容易导致所拍摄的一系列连续对焦于不同深度的图像中被拍摄物体发生位移，最终影响合成效果，甚至导致合成失败。

闪光灯作为拍摄光源的引入，也大幅提高了拍摄光源的强度，使拍摄曝光时间大幅缩短，减少因曝光时间较长引起的抖动模糊。

中国专利CN 103499879 A公开一种超景深显微图像获取方法，在数字显微镜光路中添加可用电压控制焦距的液体透镜，通过且利用其作为变焦元件，对被观察物体的连续深度范围内进行一系列聚焦，拍摄一系列连续的局部聚焦图片，利用图像融合处理手段融合出一幅包含了各个高度聚焦信息的超景深清晰图像。液体透镜安放的位置经过优化保证在变焦的过程中保持放大率不变。

中国专利CN 202083872 U公开一种数码相机通用微距高倍摄影装置。可拆卸地安装于通常的数码相机镜头前侧，包括壳体(200)及设置其上的放大镜片组件，所述微距高倍摄影装置还包括：可相对于摄影镜头方向前后移动地安装于壳体(200)上的托板，所述托板上形成有可用于相对于摄影镜头方向作横向移动数码相机的滑槽，所述壳体(200)前侧形成有用于穿过数码相机镜头的通孔，在所述装置壳体(200)前侧，设置有用于所述放大镜片组件与所述数码相机镜头作光学对中心的对中心调节机构。所述微距高倍摄影装置可通用于各种数码相机的微距高倍、显微摄影。

曹西南等(曹西南，战推，贺铭，杨远和.用家用数码照相机直接经显微镜目镜摄取高质量的数码图像.生物学通报.2007,42(12):49-50)报道了用家用数码照相机直接经显微镜目镜摄取高质量的数码图像。

郭建民(郭建民.增大显微摄影中有效景深的一种简易方法.生物学通报.1988,6:9)报道了增大显微摄影中有效景深的一种简易方法。

发明内容

本发明的目的在于在不降低放大、显微拍摄***的分辨率的基础上，提供可兼顾***成本和通用性，提高放大显微图像像素的同时，扩大放大显微拍摄***景深的一种放大显微图像的拍摄方法。

本发明采用放大显微图像拍摄装置，所述放大显微图像拍摄装置设有步进电机、步进云台、快装板、引闪器、相机、控制器、转接筒、摄影皮腔、镜头、闪光灯和置物台；步进电机设于步进云台上，步进云台固定在三脚架上，从上至下依次连接相机、转接筒、摄影皮腔和镜头，相机通过快装板与步进云台连接，引闪器安装在相机上，确保镜头的光轴垂直，控制器通过电源线与步进电机连接，控制器通过快门线与相机连接，实现控制器对步进电机和相机的控制置物台；置物台设于镜头的下方，闪光灯设于置物台的上方，被拍摄物体放置在置物台上。

所述放大显微图像的拍摄方法，包括以下步骤：

1)将步进云台固定于三脚架上，并使步进云台保持垂直；

2)调节置物台水平；

3)连接相机、转接筒、摄影皮腔和镜头，使用快装板连接相机和步进云台，确保镜头光轴垂直；

4)根据所用镜头的焦距，调节镜头与相机图像传感器以及镜头与被拍摄物体的间距，使被摄物体能清晰成像，并使成像圈覆盖整个传感器；

5)将控制器通过电源线与步进电机连接，通过快门线与相机连接，实现对步进电机和相机二者的控制；

6)在相机的热靴上安装引闪器控制闪光灯，使相机进行拍摄的同时击发闪光灯闪光；

7)通过控制器操作步进云台，通过相机的光学取景器或液晶取景器实时观察对焦位置，将对焦位置设定在目标起始对焦深度，并设定每次的对焦位置移动量，保证每次拍摄对焦区域都有重合的部分，之后确定拍摄数量，即可进行自动拍摄；

8)将拍摄的一系列连续局部对焦图像合成一幅包含被拍摄物体各个深度图像信息的图像。

在步骤8)中，所述将拍摄的一系列连续局部对焦图像合成一幅包含被拍摄物体各个深度图像信息的图像的具体方法可为：

8.1确定所获取的一系列连续局部对焦图像中，相邻图像对焦深度部分重合，被拍摄物体在图像中的位置和角度保持不变；

8.2将所获取的一系列连续局部对焦图像导入美国Zerene Systems LLC推出的ZereneStacker焦点堆迭软件，采用“PMax”方式进行自动合成，即得到一幅包含被拍摄物体各个深度图像信息的图像。

本发明使用高分辨率的单镜头反光板光学取景器数码相机或微型单镜头数码相机作为图像成像单元，通过转接环及摄影皮腔连接放大镜头或显微镜头，采用自动步进云台对被拍摄物体在连续深度范围内进行连续对焦，同时控制图像拍摄单元进行同步拍摄，将图片导入计算机，利用焦点堆迭软件合成一幅包含了被拍摄物体各个深度图像信息的高分辨率超景深放大显微图像。本发明在不降低放大、显微拍摄***的分辨率的基础上，兼顾***成本和通用性，提高了放大显微图像像素。

附图说明

图1是根据本发明实施例的放大显微图像拍摄装置的结构组成框图。

图2是根据本发明实施例的拍摄的局部深度对焦图片系列之一(对焦图片1～12)。

图3是根据本发明实施例的拍摄的局部深度对焦图片系列之二(对焦图片13～24)。

图4是根据本发明实施例的拍摄的局部深度对焦图片系列之三(对焦图片25～36)。

图5是根据本发明实施例的拍摄的局部深度对焦图片系列之四(对焦图片37～45)。

图6是根据本发明实施例的利用焦点堆迭软件合成的一幅包含了被拍摄物体各个深度图像信息的高分辨率、超景深放大显微图像。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1，所述放大显微图像拍摄装置实施例设有步进电机1、步进云台2、快装板4、引闪器5、相机6、控制器8、转接筒9、摄影皮腔10、镜头11、闪光灯13和置物台14。

步进电机1设于步进云台2上，步进云台2固定在三脚架上，从上至下依次连接相机6、转接筒9、摄影皮腔10和镜头11，相机6通过快装板4与步进云台2连接，引闪器5安装在相机6上，确保镜头11的光轴垂直，控制器8通过电源线3与步进电机1连接，控制器8通过快门线7与相机6连接，实现控制器8对步进电机1和相机6的控制置物台；置物台14设于镜头11的下方，闪光灯13设于置物台14的上方，被拍摄物体12放置在置物台14上。

相机6可采用单反相机(佳能EOS650D，有效像素1800万，图像分辨率5184×3456)。转接筒9可采用美能达MD转佳能EOS。摄影皮腔10可采用美能达MD接口。

图2～5给出了本发明实施例的一系列连续局部对焦图像，共45张，按图片下标01～45对焦深度逐渐增加，相邻图像保持部分对焦深度重合。图6给出根据本发明实施例的利用焦点堆迭软件合成的一幅包含了被拍摄物体各个深度图像信息的高分辨率、超景深放大显微图像。

所述放大显微图像的拍摄方法实施例，包括以下步骤：

1)将步进云台2固定于三脚架上，并使步进云台2保持垂直；

2)调节置物台14水平；

3)连接相机6、转接筒9、摄影皮腔10和镜头11，使用快装板4连接相机6和步进云台2，确保镜头11光轴垂直；

4)根据所用镜头11的焦距，调节镜头11与相机6图像传感器以及镜头11与被拍摄物体12的间距，使被摄物体12能清晰成像，并使成像圈覆盖整个传感器；

5)将控制器8通过电源线3与步进电机1连接，通过快门线7与相机6连接，实现对步进电机1和相机6二者的控制；

6)在相机6的热靴上安装引闪器5控制闪光灯13，使相机6进行拍摄的同时击发闪光灯13闪光；

7)通过控制器8操作步进云台2，通过相机6的光学取景器或液晶取景器实时观察对焦位置，将对焦位置设定在目标起始对焦深度，并设定每次的对焦位置移动量，保证每次拍摄对焦区域都有重合的部分，之后确定拍摄数量，即可进行自动拍摄；

8)将拍摄的一系列连续局部对焦图像合成一幅包含被拍摄物体各个深度图像信息的图像。所述将拍摄的一系列连续局部对焦图像合成一幅包含被拍摄物体各个深度图像信息的图像的具体方法可为：确定所获取的一系列连续局部对焦图像中，相邻图像对焦深度部分重合，被拍摄物体在图像中的位置和角度保持不变；将所获取的一系列连续局部对焦图像导入美国Zerene Systems LLC推出的Zerene Stacker焦点堆迭软件，采用“PMax”方式进行自动合成，即得到一幅包含被拍摄物体各个深度图像信息的图像。

以下给出本发明的拍摄流程：将步进云台2固定于三脚架上，并使其保持垂直；调节置物台14水平；连接相机6、转接筒9、摄影皮腔10和镜头11，使用快装板连接相机6和步进云台2，确保镜头11光轴垂直；根据所用镜头的焦距，调节镜头11与相机6图像传感器以及镜头11与被拍摄物体12的间距，使被摄物体12能清晰成像，并使成像圈覆盖整个传感器；将控制器8通过电源线3与步进电机1连接，通过快门线7与相机连接，实现对二者的控制；在相机6的热靴上安装引闪器5控制闪光灯13，使相机6进行拍摄的同时击发闪光灯13闪光；最后通过控制器8操作步进云台2，通过相机6的光学取景器或液晶取景器实时观察对焦位置，将对焦位置设定在目标起始对焦深度，并设定每次的对焦位置移动量，保证每次拍摄对焦区域都有重合的部分，之后确定拍摄数量，即可进行自动拍摄。

以下介绍将这些拍摄的一系列连续局部对焦图像合成一幅包含了被拍摄物体各个深度图像信息的图像的方法。在本实例，首先确定所获取的一系列连续局部对焦图像中，相邻图像对焦深度部分重合，被拍摄物体在图像中的位置和角度保持不变；之后将所获取的一系列连续局部对焦图像导入美国Zerene Systems LLC推出的Zerene Stacker焦点堆迭软件，采用“PMax”方式进行自动合成，就可以得到一幅包含了被拍摄物体各个深度图像信息的图像。

本发明将高分辨率的单镜头反光板光学取景器相机或微型单镜头相机引入放大显微拍摄***作为图像成像单元，并将自动步进云台引入放大显微拍摄***作为对焦单元，控制整个放大显微***的对焦位置，通过控制步进电机使相机云台以固定距离进行移动来对物体的各个深度部分对焦并拍摄一系列局部对焦图像，利用焦点堆迭软件合成一幅全对焦图像。

本发明通过采用高分辨率的单镜头反光板光学取景器相机或微型单镜头相机作为图像成像单元，进而提高图像分辨率及高感光度下的成像质量。

本发明使用步进电机驱动的电控云台控制拍摄***进行对焦，提高操作的易用性，并大幅避免了传统手动调焦易导致的样品与镜头之间的相对位移，减少再次构图的次数。

本发明使用相机液晶屏的实时取景功能作为装置的数码目镜，替代传统的光学目镜，使观察更为简便，取景更为清晰、明亮，更可使用实时取景功能对画面局部进行放大获得更为精确的对焦。

本发明通过控制步进电机按一定步长转动使相机云台按固定距离进行移动，进而改变镜头物距来对物体的各个深度部分进行对焦，从而通过改变步进电机转动，可对静止物体的某一深度进行成像。

本发明通过连续控制步进电机按固定步长转动，对被拍摄物体的各个深度进行成像，拍摄一系列连续局部对焦的图像。

本发明对拍摄的一系列局部对焦图像进行焦点堆迭合成，合成后的图像包含了被拍摄物体各个深度范围内的信息，获得超景深放大显微图像。

本发明的闪光灯被作为拍摄光源引入拍摄***，大幅提高了拍摄灯光***的光线强度，使相机可以使用低感光度进行快速曝光。

Claims (2)

1.一种放大显微图像的拍摄方法，其特征在于采用放大显微图像拍摄装置，所述放大显微图像拍摄装置设有步进电机、步进云台、快装板、引闪器、相机、控制器、转接筒、摄影皮腔、镜头、闪光灯和置物台；步进电机设于步进云台上，步进云台固定在三脚架上，从上至下依次连接相机、转接筒、摄影皮腔和镜头，相机通过快装板与步进云台连接，引闪器安装在相机上，确保镜头的光轴垂直，控制器通过电源线与步进电机连接，控制器通过快门线与相机连接，实现控制器对步进电机和相机的控制置物台；置物台设于镜头的下方，闪光灯设于置物台的上方，被拍摄物体放置在置物台上；

所述拍摄方法，包括以下步骤：

1)将步进云台固定于三脚架上，并使步进云台保持垂直；

2)调节置物台水平；

3)连接相机、转接筒、摄影皮腔和镜头，使用快装板连接相机和步进云台，确保镜头光轴垂直；

4)根据所用镜头的焦距，调节镜头与相机图像传感器以及镜头与被拍摄物体的间距，使被摄物体能清晰成像，并使成像圈覆盖整个传感器；

5)将控制器通过电源线与步进电机连接，通过快门线与相机连接，实现对步进电机和相机二者的控制；

6)在相机的热靴上安装引闪器控制闪光灯，使相机进行拍摄的同时击发闪光灯闪光；

7)通过控制器操作步进云台，通过相机的光学取景器或液晶取景器实时观察对焦位置，将对焦位置设定在目标起始对焦深度，并设定每次的对焦位置移动量，保证每次拍摄对焦区域都有重合的部分，之后确定拍摄数量，即可进行自动拍摄；

8)将拍摄的一系列连续局部对焦图像合成一幅包含被拍摄物体各个深度图像信息的图像。

2.如权利要求1所述一种放大显微图像的拍摄方法，其特征在于在步骤8)中，所述将拍摄的一系列连续局部对焦图像合成一幅包含被拍摄物体各个深度图像信息的图像的具体方法为：

1)确定所获取的一系列连续局部对焦图像中，相邻图像对焦深度部分重合，被拍摄物体在图像中的位置和角度保持不变；

2)将所获取的一系列连续局部对焦图像导入美国Zerene Systems LLC推出的ZereneStacker焦点堆迭软件，采用“PMax”方式进行自动合成，即得到一幅包含被拍摄物体各个深度图像信息的图像。