顯微鏡自動控制系統(tǒng)的設計與應用分析

摘 要：隨著計算機技術的不斷發(fā)展及顯微鏡的廣泛應用，目前已經(jīng)設計出一種基于圖像處理的顯微鏡自動調(diào)焦系統(tǒng)，也就是將計算機自動控制系統(tǒng)作為輔助設施安裝在顯微鏡上，并通過計算機顯示來代替目鏡觀察到的顯微鏡圖片樣品，具有節(jié)省掃描時間、防止眼睛疲勞、操作簡單、打印方便等多種優(yōu)點。筆者現(xiàn)對計算機在顯微鏡自動控制系統(tǒng)中的應用進行分析。

關鍵詞：顯微鏡自動控制系統(tǒng) 計算機 應用分析 設計

中圖分類號：TP274文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2013）04（c）-0077-01

近些年來，隨著光學科技的飛速發(fā)展，顯微鏡也逐漸開始應用于科研、檢測、教學、社會生產(chǎn)等各個領域，尤其是在生物醫(yī)學方面，顯微鏡的應用最為普遍[1]。然而，顯微鏡在使用過程中有很多不可避免的缺點，這也在一定程度上限制了顯微鏡的應用范圍，如操作使用、圖像信息的處理及打印等方面都不很方便；另外有些物質(zhì)也不適用于近距離的觀測，還有如果需要觀察的樣品較多，將會增加人體眼睛的疲勞度，長期操作時也會導致觀察準確度大大降低。目前，已經(jīng)有廠家在顯微鏡上加上CCD，將其成像在電視機上，但圖像清晰度仍不能滿足有關需要，且操作起來較為繁瑣。而顯微鏡自動控制系統(tǒng)就是通過計算機來控制顯微鏡的使用，不僅能夠控制載物臺的移動，還可以對需要觀察的圖像進行采集、存儲及處理，同時方便的自動調(diào)焦系統(tǒng)增加了觀察的準確及便利。

1 自動控制系統(tǒng)的組成

顯微鏡自動控制系統(tǒng)主要由電動機與計算機接口、操縱桿與計算機接口、CCD與計算機接口等部分組成。在操作過程中，操作者要根據(jù)計算機上的有關成像，通過按下按鈕或扳動操作桿手柄將該信息傳遞給計算機；計算機接收到信息后，主要通過控制電動機而帶動載物臺的移動，從而實現(xiàn)焦距的調(diào)整或者視野的變換；然后，顯微鏡上的攝像頭把圖像采集回計算機，就可以完成圖像的存儲及處理工作。顯微鏡自動控制系統(tǒng)將原來顯微鏡與操作人員間的直接式交互轉(zhuǎn)化為現(xiàn)有的間接式交互，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)較遠距離的觀測，同時在觀察毒性物質(zhì)時，還能有效避免或降低對人體的傷害。

1.1 電動機與計算機接口

電動機與計算機接口是該系統(tǒng)中最為關鍵的一個環(huán)節(jié)，通?？梢圆捎孟尬槐Ｗo、直流電機控制以及步進電機控制等多種形式實現(xiàn)[2]。一般情況下，載物臺上下方向的移動多由步進電機來控制，從而達到調(diào)焦的目的；常采用直流電機來控制載物臺水平方向的移動。直流電機控制具有能夠最大限度調(diào)節(jié)顯微鏡載物臺，使操作者手感更為舒適的優(yōu)點。在操作過程中，依次進行直流電機控制、步進電機控制、限位保護，通常出于安全方面考慮，載物臺在向各個方向進行運動時都應該采取限位保護。否則，若直流電機遇到機械障礙或者運動至極限情況時，將會發(fā)生堵轉(zhuǎn)并造成電流急劇增加，若不采取相應處理措施則可能會使電機受損；該系統(tǒng)設計的限流電路，而在電機發(fā)生堵轉(zhuǎn)時，電流急劇增加，能夠?qū)⑾嚓P信息反饋到計算機上，從而停止輸出指示電機發(fā)生堵轉(zhuǎn)，提示操作者向反方向扳動電機，使電流減小，最終恢復正常的工作。

1.2 操縱桿與計算機接口

本系統(tǒng)采用標準的操縱桿，目前其應用已經(jīng)非常廣泛，在使用過程中操作人員能夠根據(jù)具體的需要來進行合理選擇[3]。操作桿的位置信息則以Windows的標準方式傳遞，在計算機連上操縱桿時，經(jīng)過有關設置就可以非常便捷的接收操縱桿傳來的消息。因此，操作人員調(diào)節(jié)手柄后，也能夠通過該窗口直接獲得操縱桿的狀態(tài)信息。

1.3 CCD與計算機接口

攝像頭的視頻信號一旦輸入到計算機的圖像采集系統(tǒng)中，就能夠立即實現(xiàn)成像。在使用過程中，可以根據(jù)實際的觀察需要選擇合適的采集卡及CCD。通常采集卡上不僅具有相應的圖像采集、存儲功能，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)對圖片的對比度、飽和度及亮度的調(diào)節(jié)。

2 自動調(diào)焦

顯微鏡自動控制系統(tǒng)從原理上來講，其自動調(diào)焦可以分為兩類：一種是根據(jù)屏幕上圖像的清晰度進行，另一種是通過測量鏡頭與被攝物體之間的距離進行[4]。近些年來，隨著數(shù)字圖像處理技術及計算機硬件的飛速發(fā)展，圖像的快速發(fā)展也逐漸成為了可能。該系統(tǒng)的自動調(diào)焦原理就是根據(jù)采集到的圖像清晰度，不斷進行載物臺高度的調(diào)整，最終得到最為清晰的圖像。

3 信息的處理

在采集到圖像信息后，就可以逐步完成后續(xù)的處理工作，如進行數(shù)字圖像處理、打印圖像等。信息處理的目的就是最大程度的改善圖像的質(zhì)量，使其效果更清晰，或者從圖像中提取某些所需的信息。根據(jù)本顯微鏡自動控制系統(tǒng)的應用，主要從圖像分析及改善圖像質(zhì)量兩個方面予以處理。其中圖像分析主要包括邊緣增強、輪廓提取、邊緣檢測等多方面的技術；而圖像質(zhì)量的改善則包括對比度和亮度的調(diào)節(jié)，銳化、平滑、矯正技術的使用，主要完成圖像上噪聲及畸變信息的剔除，使其清晰度有所提高，以便實現(xiàn)樣本更準確的測量。

4 結語

目前，顯微鏡自動控制系統(tǒng)已經(jīng)逐漸應用于實際[5]，并取得了較好的效果。由于該系統(tǒng)能夠作為附件設施安裝在顯微鏡上，因此操作起來較為方便，信息處理也比較簡單；該系統(tǒng)中的自動調(diào)焦功能不僅可以應用生物醫(yī)學方面，在工業(yè)生產(chǎn)等實際中也能發(fā)揮很大的作用。在醫(yī)院試用過程中，主要應用于檢驗科，與診斷醫(yī)生互連不僅可建立病人數(shù)據(jù)庫、實現(xiàn)資源共享，圖像信息也可作為以后的參考資料，存儲起來作為病歷的一部分；此外，使用圖像識別技術還能夠?qū)崿F(xiàn)智能診斷?？傊?，顯微鏡自動控制系統(tǒng)具有圖像清晰、分辨率高、操作觀察隨意方便等優(yōu)點，還具有廣闊的應用前景。

參考文獻

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