CN116482848B - 一种用于光学仪器的匀光光源***、方法及显微镜 - Google Patents

一种用于光学仪器的匀光光源***、方法及显微镜 Download PDF

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Abstract

本申请涉及匀光光源的技术领域，公开了一种用于光学仪器的匀光光源***、方法及显微镜，用于光学仪器的匀光照明器***包括匀光照明器和控制电路，匀光照明器包括主光源器件、导光组件和辅光源组件，辅光源组件包括灯罩、第一灯珠组和第二灯珠组，灯罩套设并连接于导光组件的出光端，灯罩的内壁包括用于安装第一灯珠组的第一侧壁和用于安装第二灯珠组的第二侧壁；主光源器件和辅光源组件电连接于控制电路，控制电路电连接有控制器，控制器包括：检测图像获取模块、环灰度值计算模块、对比灰度值计算模块、灰度溢出率计算模块和控制需求指令生成模块；本申请可提高光源设备对孔状结构的照明效果。

Description

一种用于光学仪器的匀光光源***、方法及显微镜
技术领域
本申请涉及匀光光源的技术领域，尤其是涉及一种用于光学仪器的匀光光源***、方法及显微镜。
背景技术
一些光学仪器例如工业相机、显微镜等在工作时需要使用专用光源设备进行照明，以提高成像质量；然而，当使用光学仪器对容纳有液体的孔板、孔道等结构进行观察，例如对用于培养微生物的孔板培养基进行成像时，容易出现图像在孔壁边缘处出现阴影而影响观察效果的问题。
现有技术中常使用同轴光源设备、面光源设备或环形光源设备来解决孔状结构图像中孔壁边缘的阴影问题，然而，使用这类光源设备会导致孔状结构内成像不清晰的问题。
因此，针对上述相关技术可知，现有的光源设备难以解决光学仪器对孔状结构形成图像的清晰度问题。
发明内容
为了提高光源设备对孔状结构的照明效果，本申请提供一种用于光学仪器的匀光光源***、方法及显微镜。
本申请的发明目的一采用如下技术方案实现：
一种用于光学仪器的匀光光源***，包括匀光照明器，所述匀光照明器包括主光源器件、用于将所述主光源器件发出的主光源传导至样本的导光组件和辅光源组件，所述辅光源组件包括灯罩、第一灯珠组和第二灯珠组，所述灯罩套设并连接于所述导光组件的出光端，所述灯罩设置有圆台状内腔，所述圆台状内腔的底面为第一侧壁、侧面为第二侧壁，所述第一侧壁安装有第一灯珠组，所述第二侧壁安装有第二灯珠组；
还包括控制电路，所述主光源器件和所述辅光源组件电连接于所述控制电路，所述控制电路电连接有控制器，所述控制器包括：
检测图像获取模块，用于接收自动调节信号，获取检测图像并输入至图像分析模型；
环灰度值计算模块，用于将所述检测图像转化为灰度图像，从所述灰度图像中划定若干图像环，确定各图像环的环灰度值，所述环灰度值是图像环中像素点灰度值的平均值；
对比灰度值计算模块，用于从灰度图像中心确定若干中心图像环，基于各所述中心图像环的环灰度值的平均值，确定对比灰度值；
灰度溢出率计算模块，用于从灰度图像边缘确定若干边缘图像环，计算各边缘图像环的环灰度值与对比灰度值的商，确定各灰度溢出率；
控制需求指令生成模块，用于将各灰度溢出率与预设的溢出阈值进行对比，确定大于所述溢出阈值的灰度溢出率数量，若数量大于预设的照明调节阈值，基于各灰度溢出率生成控制需求指令。
通过采用上述技术方案，匀光照明器包括主光源器件、导光组件和辅光源组件，其中主光源器件用于提供主光源，导光组件用于对主光源的方向进行调整，将主光源传导至样本以实现对样本的照明效果；辅光源组件的灯罩套设于导光组件的出光端且设置有圆台状内腔，圆台状内腔的底面为第一侧壁、侧面为第二侧壁，第一侧壁用于安装第一灯珠组，第二侧壁用于安装第二灯珠组，以便辅光源组件通过垂直于样本的光线保证对样本成像的对比度、保留透明样品特征，而通过倾斜于样本的光线对样本进行照明，起到了对孔状结构边缘阴影部分的补充照明，主光源器件和辅光源组件通过独立控制亮度，提高了该匀光照明器的匀光效果；主光源器件和辅光源组件电连接有控制电路，而控制电路电连接有控制器，控制器具体包括检测图像获取模块、环灰度值计算模块、对比灰度值计算模块、灰度溢出率计算模块和控制需求指令生成模块，以便实现对主光源器件和辅光源组件亮度的自动调节，提高光源设备对孔状结构的照明效果。
本申请在一较佳示例中：所述导光组件包括透镜组、反射镜和聚光镜组，所述透镜组安装于所述主光源器件与所述反射镜的入射端之间，所述聚光镜组固定连接于所述反射镜的反射端。
通过采用上述技术方案，导光组件包括透镜组、反射镜和聚光镜组，其中主光源器件发射的光线先进入透镜组，经透镜组对光线经多次折射后传导至反射镜，反射镜用于调整光线的方向，并将调整方向后的光线传导至聚光镜组，经聚光镜组聚光后传导至样本处，以实现对样本的照明；导光组件用于调整光路，实现柯勒照明，以克服临界照明的缺点，提高了照明的均匀性，降低照明热焦点灼伤样本的可能性。
本申请在一较佳示例中：所述控制电路包括：
输入模块，包括若干开关单元和串口单元，用于接收控制需求指令，将控制需求指令转化为控制需求信号，以发出控制需求信号；
控制模块，电连接于输入模块，以在接收到控制需求信号时将控制需求信号转化为控制信号，以发出控制信号；
主光源调试模块，电连接于控制模块以在接收到控制信号时调节主光源器件的照明亮度；
辅光源调试模块，电连接于控制模块以在接收到控制信号时调节辅光源组件的照明亮度。
通过采用上述技术方案，包括若干开关单元和串口单元，以便用户根据实际需求控制开关单元输入控制需求指令，也可以是通过串口单元外接传感器或其他设备，以便接收传感器或其他设备的信号作为控制需求指令，将控制需求指令转化为控制需求信号，便于实现信号的兼容性；控制模块，用于接收来自输入模块的控制需求信号，以便确定控制需求，从而生成对应的控制信号；控制模块电连接于主光源调试模块和辅光源调试模块，以便将控制信号发送至主光源调试模块和辅光源调试模块，从而实现对主光源器件和辅光源组件照明亮度的调节。
本申请在一较佳示例中：所述第一灯珠组和所述第二灯珠组均包括若干由灯珠成列排布形成的灯珠分列，所述第一灯珠组的各灯珠分列的长度方向沿所述第一侧壁径向设置，且所述第一灯珠组的各灯珠分列沿第一侧壁环向均匀分布，所述第二灯珠组的各灯珠分列的长度方向沿所述第二侧壁母线方向设置，且所述第二灯珠组的各灯珠分列沿第二侧壁环向均匀分布。
通过采用上述技术方案，第一灯珠组和第二灯珠组均由若干灯珠分列构成，灯珠分列由若干灯珠成列排布构成，第一灯珠组和第二灯珠组中的各灯珠分列均环向均匀分布，进一步提高了辅光源组件的提供的光线的均匀性，同时便于各灯珠散热，提高辅光源组件的使用寿命。
本申请在一较佳示例中：所述第二侧壁上的法线与所述圆台状内腔轴线的夹角呈50°至70°；所述第一侧壁的内径为40-60mm。
通过采用上述技术方案，第二侧壁上的法线与圆台状内腔轴线的夹角呈50°至70°，以便第二灯珠组发出的光线以较低的角度从外侧照向孔状结构内部，从而便于降低孔壁边缘阴影对待检测样本观察的影响；第一侧壁的内径为40-60mm，以降低第一灯珠组发出的光线以垂直角度照向孔状结构内部对样本观察所造成的影响。
本申请在一较佳示例中：所述第一侧壁的表面涂覆有反射涂层，所述第二侧壁的表面涂覆有反射涂层。
通过采用上述技术方案，第一侧壁和第二侧壁的表面均涂覆有反射涂层，以便对第一灯珠组和第二灯珠组发出的光线进行反射，从而提高辅光源组件的光效。
本申请的发明目的二采用如下技术方案实现：
一种显微镜，包括上述任一项所述匀光照明器、机架、载物台、物镜组件、导光显微组件、目镜组件和摄像组件，所述载物台固定连接于所述机架，所述载物台设置有用于固定样本的夹具，所述匀光照明器和所述物镜组件均固定连接于所述机架，所述匀光照明器位于所述载物台的一侧，所述物镜组件位于所述载物台远离所述匀光照明器的一侧，所述物镜组件连接于所述导光显微组件的一端，所述目镜组件和所述摄像组件均连接于所述导光显微组件远离所述物镜组件的一端。
通过采用上述技术方案，机架用于承载和安装显微镜的其他零部件，载物台用于固定样本，匀光照明器用于对样本进行照明；物镜组件、导光显微组件和目镜组件用于传导光线、将样本的物像进行放大，以供用户观察样本，摄像组件用于拍摄检测图像。
本申请的发明目的三采用如下技术方案实现：
一种用于光学仪器的匀光光源方法，应用于上述任一项所述用于光学仪器的匀光光源***，包括：
接收自动调节信号，获取检测图像并输入至图像分析模型；
将所述检测图像转化为灰度图像，从所述灰度图像中划定若干图像环，确定各图像环的环灰度值，所述环灰度值是图像环中像素点灰度值的平均值；
从灰度图像中心确定若干中心图像环，基于各所述中心图像环的环灰度值的平均值，确定对比灰度值；
从灰度图像边缘确定若干边缘图像环，计算各边缘图像环的环灰度值与对比灰度值的商，确定各灰度溢出率；
将各灰度溢出率与预设的溢出阈值进行对比，确定大于所述溢出阈值的灰度溢出率数量，若数量大于预设的照明调节阈值，基于各灰度溢出率生成控制需求指令。
通过采用上述技术方案，当用户需要使用光源设备的亮度自动调节功能时，可控制生成自动调节信号，接收自动调节信号，获取光学仪器对样本成像后形成的检测图像，将检测图像输入至图像分析模型中；将检测图像转化为灰度图像，便于提高图像处理效率，从灰度图像中划定若干图像环并确定对应的环灰度值，便于后续判断检测图像是否存在阴影；从灰度图像中心确定若干个中心图像环，并获取各中心图像环的环灰度值的平均值作为对比灰度值；从灰度图像边缘确定若干个边缘图像环，并获取各边缘图像环的环灰度值，计算边缘图像环的环灰度值与对比灰度值的商作为灰度溢出率；将各灰度溢出率与预设的溢出阈值对比，当边缘图像环对应的灰度溢出率大于溢出阈值，则认为该边缘图像环处的图像可能受阴影的影响，确定受阴影的影响的边缘图像环数量，若数量大于预设的照明调节阈值，则根据各灰度溢出率生成控制需求指令，便于后续调节主光源器件和辅光源组件的亮度，以降低阴影对图像质量的影响。
本申请在一较佳示例中：所述从所述灰度图像中划定若干图像环，确定各图像环的环灰度值中，包括：
获取所述灰度图像中所有像素点的坐标信息，设定所述图像环的宽度系数a；
从所述灰度图像未编入图像环的像素点集合中，取顶部a排像素点、底部a排像素点、其余各排的前a位像素点和末a位像素点，生成图像环，基于图像环生成的顺序标记各图像环的编号；
获取所述图像环中所有像素点的灰度值，基于各灰度值的平均值，确定环灰度值。
通过采用上述技术方案，获取灰度图像中所有像素点的坐标信息，设定图像环的宽度系数a，便于后续确定各图像环覆盖范围在灰度图像中的位置；从灰度图像尚未编入图像环的像素点集合中，取图像边缘的a排或a位像素点，生成新的图像环，基于图像环生成的顺序标记各图像环的编号，便于后续对灰度图像按照不同的图像环进行进一步地处理；获取图像环中所有像素点的灰度值，计算图像环中各像素点灰度值的平均值作为环灰度值，以便后续判断图像环的整体亮度水平。
本申请在一较佳示例中：所述基于各灰度溢出率生成控制需求指令之后，包括：
获取所述检测图像，以及对应的各所述边缘图像环、各所述灰度溢出率并输入至图像增强模型；
基于各所述灰度溢出率匹配对应的对比度调节值，所述对比度调节值与所述灰度溢出率正相关；
基于各对比度调节值对相应的边缘图像环进行对比度调节，生成增强图像。
通过采用上述技术方案，获取检测图像，将检测图像对应的各边缘图像环和各边缘图像环的灰度溢出率输入至图像增强模型中，便于后续对检测图像进行图像增强处理；基于检测图像中各边缘图像环所对应的灰度溢出率匹配对比度调节值，其中对比度调节值与灰度溢出率正相关；由于灰度溢出率越高，则对应的边缘图像环受阴影的影响越严重，进而越难以看清图像所显示的内容，因此，根据对比度调节值对相应的边缘图像环进行对比度调节，以生成增强图像，便于用户看清检测图像边缘被阴影覆盖的部分。
本申请在一较佳示例中：所述获取所述图像环中所有像素点的灰度值，基于各灰度值的平均值，确定环灰度值中，包括：
获取所述图像环中所有像素点的灰度值，计算各灰度值的算数平均值；
基于图像环中各灰度值的算数平均值生成灰度带通区间，基于位于灰度带通区间之内像素点的灰度值计算修剪平均值，确定环灰度值。
通过采用上述技术方案，获取图像环中所有像素点的灰度值并计算各灰度值的算数平均值，以便获知该图像环的整体灰度情况；根据图像环中各灰度值的算数平均值，生成灰度带通区间，以便剔除灰度值偏离算术平均值过大的像素点，根据位于灰度带通区间之内像素点的灰度值计算修剪平均值作为环灰度值，便于降低检测图像中杂质对判断各图像环是否被阴影覆盖正确率的影响。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1. 匀光照明器包括主光源器件、导光组件和辅光源组件，其中主光源器件用于提供主光源，导光组件用于对主光源的方向进行调整，将主光源传导至样本以实现对样本的照明效果；辅光源组件的灯罩套设于导光组件的出光端且设置有圆台状内腔，圆台状内腔的底面为第一侧壁、侧面为第二侧壁，第一侧壁用于安装第一灯珠组，第二侧壁用于安装第二灯珠组，以便辅光源组件通过垂直于样本的光线保证对样本成像的对比度、保留透明样品特征，而通过倾斜于样本的光线对样本进行照明，起到了对孔状结构边缘阴影部分的补充照明，主光源器件和辅光源组件通过独立控制亮度，提高了该匀光照明器的匀光效果；主光源器件和辅光源组件电连接有控制电路，而控制电路电连接有控制器，控制器具体包括检测图像获取模块、环灰度值计算模块、对比灰度值计算模块、灰度溢出率计算模块和控制需求指令生成模块，以便实现对主光源器件和辅光源组件亮度的自动调节，提高光源设备对孔状结构的照明效果。
2. 当用户需要使用光源设备的亮度自动调节功能时，可控制生成自动调节信号，接收自动调节信号，获取光学仪器对样本成像后形成的检测图像，将检测图像输入至图像分析模型中；将检测图像转化为灰度图像，便于提高图像处理效率，从灰度图像中划定若干图像环并确定对应的环灰度值，便于后续判断检测图像是否存在阴影；从灰度图像中心确定若干个中心图像环，并获取各中心图像环的环灰度值的平均值作为对比灰度值；从灰度图像边缘确定若干个边缘图像环，并获取各边缘图像环的环灰度值，计算边缘图像环的环灰度值与对比灰度值的商作为灰度溢出率；将各灰度溢出率与预设的溢出阈值对比，当边缘图像环对应的灰度溢出率大于溢出阈值，则认为该边缘图像环处的图像可能受阴影的影响，确定受阴影的影响的边缘图像环数量，若数量大于预设的照明调节阈值，则根据各灰度溢出率生成控制需求指令，便于后续调节主光源器件和辅光源组件的亮度，以降低阴影对图像质量的影响。
3. 获取检测图像，将检测图像对应的各边缘图像环和各边缘图像环的灰度溢出率输入至图像增强模型中，便于后续对检测图像进行图像增强处理；基于检测图像中各边缘图像环所对应的灰度溢出率匹配对比度调节值，其中对比度调节值与灰度溢出率正相关；由于灰度溢出率越高，则对应的边缘图像环受阴影的影响越严重，进而越难以看清图像所显示的内容，因此，根据对比度调节值对相应的边缘图像环进行对比度调节，以生成增强图像，便于用户看清检测图像边缘被阴影覆盖的部分。
附图说明
图1是使用现有技术中使用同轴光源设备（上）、使用环形光源设备（下）对孔板培养基内细胞样本的观察效果图。
图2是本申请实施例一中匀光照明器的结构示意图。
图3是本申请实施例一中导光组件的结构示意图。
图4是本申请实施例一中匀光照明器的剖视图。
图5是使用本申请实施例一中匀光照明器对孔板培养基内细胞样本的观察效果图。
图6是本申请实施例一中辅光源组件采用不同尺寸参数时的对比效果图。
图7是本申请实施例一中输入模块与控制模块连接关系的电路图。
图8是本申请实施例一中控制模块的电路图。
图9是本申请实施例一中主光源调试模块的电路图。
图10是本申请实施例一中辅光源调试模块的电路图。
图11是本申请实施例一中控制器的原理框图。
图12是本申请实施例二中显微镜的结构示意图。
图13是本申请实施例三中用于光学仪器的匀光光源方法的流程图。
图14是本申请实施例三中用于光学仪器的匀光光源方法中步骤S20的流程图。
图15是本申请实施例三中用于光学仪器的匀光光源方法的另一流程图。
图16是本申请实施例三中对图5进行图像增强处理前（上）、后（下）的对比效果图。
图17是本申请实施例四中用于光学仪器的匀光光源方法中步骤S23的流程图。
附图标记说明：
1、匀光照明器；11、主光源器件；12、导光组件；12a、入光端；12b、出光端；121、透镜组；122、反射镜；122a、入射端；122b、反射端；123、聚光镜组；13、辅光源组件；131、灯罩；1311、第一侧壁；1312、第二侧壁；132、第一灯珠组；133、第二灯珠组；2、显微镜；21、机架；22、载物台；23、物镜组件；24、导光显微组件；25、目镜组件；26、摄像组件。
具体实施方式
本申请公开一种用于光学仪器的匀光光源***、方法及显微镜，光学仪器可以是显微镜、工业相机等，本实施例以用于显微镜的匀光光源***为例进行说明，具体场景为使用显微镜对孔板培养基内的透明细胞样本进行观察；以下结合附图1至17对本申请作进一步详细说明。
参照图1，现有技术中已有通过同轴光源设备、面光源设备或环形光源设备对显微镜2观察待检测样本进行照明的技术方案，但这些技术方案对于具有孔状结构的样本观察效果较差。
实施例一
参照图2和图3，本申请公开一种用于光学仪器的匀光光源***，包括匀光照明器1和控制电路，其中，匀光照明器1包括用于向样本照射主光源的主光源器件11、用于将主光源的光线传导至样本的导光组件12和用于向样本照射辅光源的辅光源组件13，控制电路用于对匀光照明器1进行亮度调节。
主光源器件11可选用现有的显微镜2光源器件，具体可根据样本的性质和照明需求选择发出特定波长光线的灯具，主光源器件11的亮度可调，可以通过PWM脉冲控制或电流强度控制的方式进行亮度调节。
参照图3和图4，导光组件12包括透镜组121、反射镜122和聚光镜组123，透镜组121的一端固定连接于主光源器件11的照射端，使得从主光源器件11照射端发出的光线进入到导光组件12的入光端12a，透镜组121的另一端固定连接于反射镜122的入射端122a，透镜组121用于实现对光线的折射；反射镜122的反射端122b固定连接于聚光镜组123，反射镜122用于调整光路方向，反射镜122的入射端122a与反射端122b之间的夹角可根据实际需求确定，聚光镜组123用于对主光源器件11照射的光线进行聚焦后传导至样本处，以便提高对样本的照明效果；其中，本实施例中显微镜2目镜与主光源器件11之间的光路构成柯勒照明光路，透镜组121、聚光镜组123内透镜的设置需符合构成柯勒照明光路的要求；导光组件12用于调整光路，实现柯勒照明，以克服临界照明的缺点，提高了照明的均匀性，降低照明热焦点灼伤样本的可能性。
参照图2和图4，辅光源组件13包括灯罩131、第一灯珠组132和第二灯珠组133，灯罩131为回转体，且灯罩131设置有供导光组件12的出光端12b穿设的通孔，灯罩131套设并固定连接于导光组件12的出光端12b；其中灯罩131设置有圆台状内腔，圆台状内腔的底面为第一侧壁1311、侧面为第二侧壁1312，第一侧壁1311安装有第一灯珠组132，第二侧壁1312安装有第二灯珠组133，第一侧壁1311呈圆环状且第一侧壁1311垂直于主光源经导光组件12传导后的照射方向设置，第二侧壁1312远离第一侧壁1311一端的开口直径大于第一侧壁1311的外径；第一灯珠组132固定安装于第一侧壁1311，第二灯珠组133固定安装于第二侧壁1312，以便辅光源组件13通过垂直于样本的光线保证对样本成像的对比度、保留透明样品特征，而通过倾斜于样本的光线对样本进行照明，起到了对孔状结构边缘阴影部分的补充照明。
第一侧壁1311的表面涂覆有反射涂层，第二侧壁1312的表面涂覆有反射涂层，反射涂层的设置便于灯罩131对第一灯珠组132和第二灯珠组133发出的光线进行反射，从而提高辅光源组件13中各灯珠的光效，降低辅光源组件13的热负荷。
第一灯珠组132和第二灯珠组133均包括若干灯珠分列，其中，每一灯珠分列均由若干灯珠成列直线排布形成；其中，第一灯珠组132的各灯珠分列的长度方向均沿第一侧壁1311径向设置，且第一灯珠组132的各灯珠分列沿第一侧壁1311环向均匀分布，第二灯珠组133的各灯珠分列的长度方向均沿所述第二侧壁1312母线方向设置，且第二灯珠组133的各灯珠分列沿第二侧壁1312环向均匀分布；便于提高辅光源组件13所提供的光线的均匀性，同时便于各灯珠散热，提高辅光源组件13的使用寿命。
优选的，第二灯珠组133的各灯珠分列在第二侧壁1312外沿处的间距为4至6mm，本实施例采用的较优取值为5.2mm；第一灯珠组132的各灯珠分列的长度为10至13mm，本实施例采用的较优取值为11.5mm；第二灯珠组133的各灯珠分列的长度为13至16mm，本实施例采用的较优取值为14.9mm。
优选的，第二侧壁1312上的任一条法线与圆台状内腔轴线的夹角呈50°至70°，本实施例采用的较优取值为60°，使得第二侧壁1312的法线与第一侧壁1311呈30°，以便第二灯珠组发出的光线以较低的角度从外侧照向孔状结构内部，从而便于降低孔壁边缘阴影对待检测样本观察的影响；第一侧壁1311的内径为40-60mm，本实施例采用的较优取值为50mm，以降低第一灯珠组发出的光线以垂直角度照向孔状结构内部对样本观察所造成的影响。
设第一侧壁1311的内径取值为R，第二侧壁1312上法线与圆台状内腔轴线夹角为取值θ，图5为使用本实施例中符合较优参数的匀光照明器1对孔板培养基内细胞样本进行观察时的观察效果图，即R=50mm，θ=60°。
图6是本申请实施例一中辅光源组件13采用不同尺寸参数时的对比效果图，其中：
左上图为R=90mm，θ=0°时的观察效果图，该图像虽然均匀度提升较多，但是成像对比度比较差，基本看不到细胞样本；
右上图为R=50mm，θ=0°时的观察效果图，该图像中央虽然对比度较高，但边缘存在阴影干扰；
左下图为R=50mm，θ=30°时的观察效果图，该图像中央对比度稍低于右上图，边缘的阴影程度稍低于右上图；
右下图为R=50mm，θ=60°时的观察效果图，该图像中央对比度稍低于左上图，边缘的阴影程度稍低于左下图，但能够看到细胞样本结构，可通过图像增强处理提高细胞样本结构的清晰度。
在右下图中，辅光源组件13通过垂直于样本的光线提高了对样本成像的对比度、保留透明样品特征，而通过倾斜于样本的光线对样本进行照明，起到了对孔状结构边缘阴影部分的补充照明，在第一灯珠组132和第二灯珠组133所发出光线照射的协同作用下，即保障了图像的对比度，又降低了图像边缘阴影的影响，从而提高了图像质量。
主光源器件11和所述辅光源组件13电连接于所述控制电路，控制电路包括输入模块、控制模块、主光源调试模块和辅光源调试模块。
如图7所示，输入模块包括若干开关单元和串口单元，用于接收控制需求指令，将控制需求指令转化为控制需求信号，以发出控制需求信号；以便用户根据实际需求控制开关单元输入控制需求指令，也可以是通过串口单元外接控制器，以便接收控制器的信号作为控制需求指令，将控制需求指令转化为控制需求信号，便于实现信号的兼容性。
如图8所示，控制模块电连接于输入模块，以在接收到控制需求信号时将控制需求信号转化为控制信号，以发出控制信号；用于接收来自输入模块的控制需求信号，以便确定控制需求，从而生成对应的控制信号。
如图9所示，主光源调试模块电连接于控制模块以在接收到控制信号时调节主光源器件11的照明亮度；以便接收来自控制模块的控制信号，并执行对主光源器件11的照明亮度调节工作。
如图10所示，辅光源调试模块电连接于控制模块以在接收到控制信号时调节辅光源组件13的照明亮度；以便接收来自控制模块的控制信号，并执行对辅光源组件13的照明亮度调节工作，主光源器件11和辅光源组件13通过独立控制亮度，提高了该匀光照明器1的匀光效果。
控制电路通过输入模块中的串口单元电连接有控制器，控制器为具有计算机程序存储和执行功能的计算机设备，如图11所示，控制器包括检测图像获取模块、环灰度值计算模块、对比灰度值计算模块、灰度溢出率计算模块和控制需求指令生成模块；各功能模块的详细说明如下：
检测图像获取模块，用于接收自动调节信号，获取检测图像并输入至图像分析模型；
环灰度值计算模块，用于将所述检测图像转化为灰度图像，从所述灰度图像中划定若干图像环，确定各图像环的环灰度值，所述环灰度值是图像环中像素点灰度值的平均值；
对比灰度值计算模块，用于从灰度图像中心确定若干中心图像环，基于各所述中心图像环的环灰度值的平均值，确定对比灰度值；
灰度溢出率计算模块，用于从灰度图像边缘确定若干边缘图像环，计算各边缘图像环的环灰度值与对比灰度值的商，确定各灰度溢出率；
控制需求指令生成模块，用于将各灰度溢出率与预设的溢出阈值进行对比，确定大于所述溢出阈值的灰度溢出率数量，若数量大于预设的照明调节阈值，基于各灰度溢出率生成控制需求指令。
通过上述功能模块，以便实现对主光源器件11和辅光源组件13亮度的自动调节，提高光源设备对孔状结构的照明效果。
控制器执行工作时与下述实施例中用于光学仪器的匀光光源方法相对应。
实施例二
如图12所示，本申请公开了一种显微镜2，包括上述任一项用于光学仪器的匀光光源***，即也包括匀光照明器1，还包括机架21、载物台22、物镜组件23、导光显微组件24、目镜组件25和摄像组件26。
机架21用于承载和安装显微镜2的其他零部件，载物台22固定连接于机架21，载物台22设置有用于固定样本的夹具，从而实现对待观察样本的固定；匀光照明器1固定连接于机架21，用于对样本进行照明；匀光照明器1位于载物台22的一侧，而物镜组件23位于载物台22远离匀光照明器1的一侧，其中，匀光照明器1中主光源的照射方向与处于使用状态的物镜轴线共线，从而实现对样本的照明；物镜组件23、导光显微组件24、目镜组件25和摄像组件26均固定连接于机架21，物镜组件23连接于导光显微组件24的一端，目镜组件25和摄像组件26均连接于导光显微组件24远离物镜组件23的一端；物镜组件23、导光显微组件24和目镜组件25用于传导光线，将样本的物像进行放大，以供用户观察样本，而摄像组件26用于拍摄含有物像的检测图像，以便将物像通过显示屏进行显示，便于实现物像的记录和远程传输的需求。
具体地，第二侧壁1312上从第二灯珠组133的灯珠所在位置引出的法线聚焦于待检测样本上。
实施例三
参照图13，本申请公开一种用于光学仪器的匀光光源方法，应用于上述任一项用于光学仪器的匀光光源***，以及应用了用于光学仪器的匀光光源***的显微镜，具体包括如下步骤：
S10：接收自动调节信号，获取检测图像并输入至图像分析模型。
在本实施例中，自动调节信号是指当用户需要自动调节匀光照明器的亮度时所触发的信号，用于控制匀光照明器的亮度自动调节工作；图像分析模型是指用于分析检测图像是否受阴影的影响，以及受阴影的影响程度的模型。
具体地，当用户需要使用光源设备的亮度自动调节功能时，可触发自动调节信号，接收自动调节信号，通过摄像组件拍摄光学仪器对待检测样品形成的物像，得到检测图像，对检测图像中无法显示物像的区域进行裁剪，例如，对显微镜进行拍摄得到的检测图像中，仅保留检测图像中能够显示物像的区域（通常呈圆形）；将检测图像输入至图像分析模型中，便于后续分析检测图像中物像是否受到阴影的影响。
S20：将所述检测图像转化为灰度图像，从所述灰度图像中划定若干图像环，确定各图像环的环灰度值，所述环灰度值是图像环中像素点灰度值的平均值，图像环的形状具体可以是矩形环、圆环或其他形状的环。
在本实施例中，图像环是指对灰度图像进行划分后形成的若干环形图像；环灰度值是指根据图像环中所有像素点的灰度值求平均值后生成的数据，用于体现图像环整体的灰度情况，其中平均值可以是指对原始数据进行筛选处理之后剩余数据进行计算得到的平均值。
具体地，通过现有的灰度图像转化算法将检测图像转化为灰度图像，以便降低后续处理图像所需的计算机性能需求，从而提高图像处理效率；由于待检测样本物像中的阴影通常位于检测图像的***，对灰度图像进行环状分割便于后续分析检测图像是否受到阴影的影响，且检测图像中受阴影的影响区域在成像后颜色较暗，形成灰度图像后阴影区域的灰度值较大；因此，从灰度图像中划定若干图像环，并计算各图像环的环灰度值便于后续判断检测图像是否受到阴影的影响。
其中，如图14所示，在步骤S20中，从所述灰度图像中划定若干图像环，确定各图像环的环灰度值的步骤具体包括：
S21：获取所述灰度图像中所有像素点的坐标信息，设定所述图像环的宽度系数a。
在本实施例中，宽度系数是指每一图像环宽度所占据的像素点数量。
具体地，获取灰度图像的所有像素点在灰度图像中的坐标信息，并设定图像环的宽度系数a，便于后续确定各图像环覆盖范围在灰度图像中的位置。
具体地，宽度系数可根据为图像分析模型所分配的计算机资源和图像分析的速度需求进行确定。
S22：从所述灰度图像未编入图像环的像素点集合中，取顶部a排像素点、底部a排像素点、其余各排的前a位像素点和末a位像素点，生成图像环，基于图像环生成的顺序标记各图像环的编号。
具体地，从灰度图像尚未编入图像环的像素点集合中，取灰度图像顶部a排像素点、底部a排像素点、除顶部a排和底部a排之外其余各排的前a位像素点和末a位像素点，生成新的图像环，并将该图像环所占据的像素点从尚未编入图像环的像素点集合中剔除；基于图像环生成的顺序标记各图像环的编号，便于后续对灰度图像按照不同的图像环进行进一步地处理。
具体地，在生成图像环时，若剩余的像素点不足以构成宽度为a个像素点的图像环时，则基于剩余的所有像素点生成一个图像环。
S23：获取所述图像环中所有像素点的灰度值，基于各灰度值的平均值，确定环灰度值。
具体地，获取图像环中所有像素点的灰度值，计算图像环中各像素点灰度值的平均值作为环灰度值，以便后续判断图像环的整体亮度水平；其中，环灰度值可以是图像环中各像素点灰度值的算数平均值，也可以是条件平均值、修剪平均值等。
S30：从灰度图像中心确定若干中心图像环，基于各所述中心图像环的环灰度值的平均值，确定对比灰度值。
在本实施例中，中心图像环是指位于灰度图像中心区域的图像环。
具体地，从灰度图像中心确定若干个中心图像环，所选取的中心图像环数量可根据实际需求进行确定，选取数量较多能够降低偶然误差的影响，但选取数量过多则难以对灰度图像中心灰度值进行准确判断；获取所有中心图像环的环灰度值，并计算所有中心图像环的环灰度值的平均值作为对比灰度值，以体现灰度图像中心区域的灰度情况。
S40：从灰度图像边缘确定若干边缘图像环，计算各边缘图像环的环灰度值与对比灰度值的商，确定各灰度溢出率。
在本实施例中，边缘图像环是指位于灰度图像边缘区域的图像环。
具体地，从灰度图像边缘确定若干个边缘图像环，所选取的边缘图像环数量可根据实际需求进行确定；获取所有边缘图像环的环灰度值，并计算所有边缘图像环的灰度溢出率，其中灰度溢出率为环灰度值与对比灰度值的商。
S50：将各灰度溢出率与预设的溢出阈值进行对比，确定大于所述溢出阈值的灰度溢出率数量，若数量大于预设的照明调节阈值，基于各灰度溢出率生成控制需求指令。
在本实施例中，溢出阈值是指用于与灰度溢出率进行比较的阈值，以判断边缘图像环受阴影覆盖影响程度的阈值；照明调节阈值是指用于与大于溢出阈值的灰度溢出率数量进行比较的阈值，以便降低边缘图像环受阴影覆盖影响程度时的偶然误差。
具体地，将各灰度溢出率与预设的溢出阈值对比，当边缘图像环对应的灰度溢出率大于溢出阈值，则认为该边缘图像环处的图像可能受阴影的影响，优选的，溢出阈值可以设置为1.5；统计大于所述溢出阈值的灰度溢出率数量，以确定受阴影的影响的边缘图像环数量，若数量大于预设的照明调节阈值，则根据各灰度溢出率生成控制需求指令，以执行对匀光照明器的自动亮度调节工作，以调节主光源器件和辅光源组件的亮度，以降低阴影对图像质量的影响；优选的，照明调节阈值的具体数值可以设置为被选取边缘图像环数量的10%。
进一步地，将控制需求指令发送至控制电路的输入模块。
进一步地，当执行了一次匀光照明器的自动亮度调节工作后，重复上述步骤S10-S50，直至不再触发自动亮度调节工作的执行。
其中，如图15所示，在步骤S50之后，用于光学仪器的匀光光源方法还包括：
S60：获取所述检测图像，以及对应的各所述边缘图像环、各所述灰度溢出率并输入至图像增强模型。
在本实施例中，图像增强模型是指用于对检测图像进行图像增强的模型，以便提高检测图像的清晰度。
具体地，获取检测图像，将检测图像对应的各边缘图像环、各边缘图像环对应的灰度溢出率输入至图像增强模型中，便于后续对检测图像进行图像增强处理。
S70：基于各所述灰度溢出率匹配对应的对比度调节值，所述对比度调节值与所述灰度溢出率正相关。
在本实施例中，对比度调节值是指用于对相应的图像环进行图像增强处理时的对比度参数。
由于灰度溢出率越高，则对应的边缘图像环受阴影的影响越严重，导致检测图像在这些区域的对比度越低，进而越难以看清图像所显示的内容。
具体地，基于检测图像中各边缘图像环所对应的灰度溢出率，匹配对比度调节值，其中对比度调节值与灰度溢出率正相关。
S80：基于各对比度调节值对相应的边缘图像环进行对比度调节，生成增强图像。
在本实施例中，增强图像是指对检测图像进行增强处理后的图像。
具体地，根据对比度调节值对相应的边缘图像环进行对比度调节，以生成增强图像，便于用户看清检测图像边缘被阴影覆盖的部分。
相应地，控制器中的环灰度值计算模块还包括：
图像环设置子模块，用于获取所述灰度图像中所有像素点的坐标信息，设定所述图像环的宽度系数a；
图像环生成子模块，用于从所述灰度图像未编入图像环的像素点集合中，取顶部a排像素点、底部a排像素点、其余各排的前a位像素点和末a位像素点，生成图像环，基于图像环生成的顺序标记各图像环的编号；
环灰度值确定子模块，用于获取所述图像环中所有像素点的灰度值，基于各灰度值的平均值，确定环灰度值。
其中，控制器还包括：
图像增强数据输入模块，用于获取所述检测图像，以及对应的各所述边缘图像环、各所述灰度溢出率并输入至图像增强模型；
对比度调节值匹配模块，用于基于各所述灰度溢出率匹配对应的对比度调节值，所述对比度调节值与所述灰度溢出率正相关；
增强图像生成模块，用于基于各对比度调节值对相应的边缘图像环进行对比度调节，生成增强图像。
图16为对图5进行图像增强处理前（上）、后（下）的对比效果图。
实施例四
在实施例三的基础上，如图17所示，在步骤S23中，包括：
S231：获取所述图像环中所有像素点的灰度值，计算各灰度值的算数平均值。
具体地，获取图像环中所有像素点的灰度值，计算各灰度值的算数平均值，以便获知该图像环的整体灰度情况。
S232：基于图像环中各灰度值的算数平均值生成灰度带通区间，基于位于灰度带通区间之内像素点的灰度值计算修剪平均值，确定环灰度值。
具体地，基于步骤S231中图像环的各灰度值的算数平均值，生成灰度带通区间，其中，可以基于各灰度值的算数平均值的具体数值±（灰度值色域取值总数量的25%）作为灰度带通区间，以便剔除灰度值偏离算术平均值过大的像素点；例如，当各灰度值的算数平均值为127，灰度值色域为0至255时，则灰度带通区间为灰度值为（127-64）至（127+64），即63至191；将图像环中灰度值小于63和灰度值大于191的像素点剔除，根据其他位于灰度带通区间之内像素点的灰度值计算修剪平均值作为环灰度值，便于降低检测图像中杂质对判断各图像环是否被阴影覆盖正确率的影响；例如，说明书附图中应用的各观察效果图中，深色条状物即杂质，在对环灰度值进行计算时会导致环灰度值无法准确反映对应图像环受阴影的影响程度。
相应地，控制器中的环灰度值确定子模块还包括：
算数平均值计算子模块，用于获取所述图像环中所有像素点的灰度值，计算各灰度值的算数平均值；
修剪平均值计算子模块，用于基于图像环中各灰度值的算数平均值生成灰度带通区间，基于位于灰度带通区间之内像素点的灰度值计算修剪平均值，确定环灰度值。
应理解，上述实施例中各步骤的序号大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink）、DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于光学仪器的匀光光源***，其特征在于，包括匀光照明器(1)，所述匀光照明器(1)包括主光源器件(11)、用于将所述主光源器件(11)发出的主光源传导至样本的导光组件(12)和辅光源组件(13)，所述辅光源组件(13)包括灯罩(131)、第一灯珠组(132)和第二灯珠组(133)，所述灯罩(131)套设并连接于所述导光组件(12)的出光端(12b)，所述灯罩(131)设置有圆台状内腔，所述圆台状内腔的底面为第一侧壁(1311)、侧面为第二侧壁(1312)，所述第一侧壁(1311) 安装有第一灯珠组(132)，所述第二侧壁(1312)安装有第二灯珠组(133)；
还包括控制电路，所述主光源器件(11)和所述辅光源组件(13)电连接于所述控制电路，所述控制电路电连接有控制器，所述控制器包括：
检测图像获取模块，用于接收自动调节信号，获取检测图像并输入至图像分析模型；
环灰度值计算模块，用于将所述检测图像转化为灰度图像，从所述灰度图像中划定若干图像环，确定各图像环的环灰度值，所述环灰度值是图像环中像素点灰度值的平均值；
对比灰度值计算模块，用于从灰度图像中心确定若干中心图像环，基于各所述中心图像环的环灰度值的平均值，确定对比灰度值；
灰度溢出率计算模块，用于从灰度图像边缘确定若干边缘图像环，计算各边缘图像环的环灰度值与对比灰度值的商，确定各灰度溢出率；
控制需求指令生成模块，用于将各灰度溢出率与预设的溢出阈值进行对比，确定大于所述溢出阈值的灰度溢出率数量，若数量大于预设的照明调节阈值，基于各灰度溢出率生成控制需求指令；
所述第二侧壁(1312)上的法线与所述圆台状内腔轴线的夹角呈50°至70°；所述第一侧壁(1311)的内径为40-60mm。
2.根据权利要求1所述的一种用于光学仪器的匀光光源***，其特征在于：所述第一灯珠组(132)和所述第二灯珠组(133)均包括若干由灯珠成列排布形成的灯珠分列，所述第一灯珠组(132)的各灯珠分列的长度方向沿所述第一侧壁(1311)径向设置，且所述第一灯珠组(132)的各灯珠分列沿第一侧壁(1311)环向均匀分布，所述第二灯珠组(133)的各灯珠分列的长度方向沿所述第二侧壁(1312)母线方向设置，且所述第二灯珠组(133)的各灯珠分列沿第二侧壁(1312)环向均匀分布。
3.根据权利要求1所述的一种用于光学仪器的匀光光源***，其特征在于：所述导光组件(12)包括透镜组(121)、反射镜(122)和聚光镜组(123)，所述透镜组(121)安装于所述主光源器件(11)与所述反射镜(122)的入射端(122a)之间，所述聚光镜组(123) 固定连接于所述反射镜(122)的反射端(122b)。
4.根据权利要求1所述的一种用于光学仪器的匀光光源***，其特征在于，所述控制电路包括：
输入模块，包括若干开关单元和串口单元，用于接收控制需求指令，将控制需求指令转化为控制需求信号，以发出控制需求信号；
控制模块，电连接于输入模块，以在接收到控制需求信号时将控制需求信号转化为控制信号，以发出控制信号；
主光源调试模块，电连接于控制模块以在接收到控制信号时调节主光源器件(11)的照明亮度；
辅光源调试模块，电连接于控制模块以在接收到控制信号时调节辅光源组件(13)的照明亮度。
5.一种显微镜，其特征在于，包括上述权利要求1-4任一项所述匀光照明器(1)、机架(21)、载物台(22)、物镜组件(23)、导光显微组件(24)、目镜组件(25)和摄像组件(26)，所述载物台(22)固定连接于所述机架(21)，所述载物台(22)设置有用于固定样本的夹具，所述匀光照明器(1)和所述物镜组件(23)均固定连接于所述机架(21)，所述匀光照明器(1)位于所述载物台(22)的一侧，所述物镜组件(23)位于所述载物台(22)远离所述匀光照明器(1)的一侧，所述物镜组件(23)连接于所述导光显微组件(24)的一端，所述目镜组件(25)和所述摄像组件(26)均连接于所述导光显微组件(24)远离所述物镜组件(23)的一端。
6.一种用于光学仪器的匀光光源方法，应用于上述权利要求1-4任一项所述用于光学仪器的匀光光源***，其特征在于，包括：
接收自动调节信号，获取检测图像并输入至图像分析模型；
将所述检测图像转化为灰度图像，从所述灰度图像中划定若干图像环，确定各图像环的环灰度值，所述环灰度值是图像环中像素点灰度值的平均值；
从灰度图像中心确定若干中心图像环，基于各所述中心图像环的环灰度值的平均值，确定对比灰度值；
从灰度图像边缘确定若干边缘图像环，计算各边缘图像环的环灰度值与对比灰度值的商，确定各灰度溢出率；
将各灰度溢出率与预设的溢出阈值进行对比，确定大于所述溢出阈值的灰度溢出率数量，若数量大于预设的照明调节阈值，基于各灰度溢出率生成控制需求指令。
7.根据权利要求6所述的一种用于光学仪器的匀光光源方法，其特征在于，所述从所述灰度图像中划定若干图像环，确定各图像环的环灰度值中，包括：
获取所述灰度图像中所有像素点的坐标信息，设定所述图像环的宽度系数a；
从所述灰度图像未编入图像环的像素点集合中，取顶部a排像素点、底部a排像素点、其余各排的前a位像素点和末a位像素点，生成图像环，基于图像环生成的顺序标记各图像环的编号；
获取所述图像环中所有像素点的灰度值，基于各灰度值的平均值，确定环灰度值。
8.根据权利要求6所述的一种用于光学仪器的匀光光源方法，其特征在于，所述基于各灰度溢出率生成控制需求指令之后，包括：
获取所述检测图像，以及对应的各所述边缘图像环、各所述灰度溢出率并输入至图像增强模型；
基于各所述灰度溢出率匹配对应的对比度调节值，所述对比度调节值与所述灰度溢出率正相关；
基于各对比度调节值对相应的边缘图像环进行对比度调节，生成增强图像。
9.根据权利要求7所述的一种用于光学仪器的匀光光源方法，其特征在于，所述获取所述图像环中所有像素点的灰度值，基于各灰度值的平均值，确定环灰度值中，包括：
获取所述图像环中所有像素点的灰度值，计算各灰度值的算数平均值；
基于图像环中各灰度值的算数平均值生成灰度带通区间，基于位于灰度带通区间之内像素点的灰度值计算修剪平均值，确定环灰度值。
CN202310489919.0A 2023-04-28 2023-04-28 一种用于光学仪器的匀光光源***、方法及显微镜 Active CN116482848B (zh)

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