摘 要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展及顯微鏡的廣泛應(yīng)用，目前已經(jīng)設(shè)計(jì)出一種基于圖像處理的顯微鏡自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)，也就是將計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)作為輔助設(shè)施安裝在顯微鏡上，并通過計(jì)算機(jī)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(shí)間、防止眼睛疲勞、操作簡單、打印方便等多種優(yōu)點(diǎn)。筆者現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)在顯微鏡自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：顯微鏡自動(dòng)控制系統(tǒng) 計(jì)算機(jī) 應(yīng)用分析 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP274文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2013）04（c）-0077-01

近些年來，隨著光學(xué)科技的飛速發(fā)展，顯微鏡也逐漸開始應(yīng)用于科研、檢測、教學(xué)、社會(huì)生產(chǎn)等各個(gè)領(lǐng)域，尤其是在生物醫(yī)學(xué)方面，顯微鏡的應(yīng)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(diǎn)，這也在一定程度上限制了顯微鏡的應(yīng)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(huì)增加人體眼睛的疲勞度，長期操作時(shí)也會(huì)導(dǎo)致觀察準(zhǔn)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(jī)上，但圖像清晰度仍不能滿足有關(guān)需要，且操作起來較為繁瑣。而顯微鏡自動(dòng)控制系統(tǒng)就是通過計(jì)算機(jī)來控制顯微鏡的使用，不僅能夠控制載物臺(tái)的移動(dòng)，還可以對(duì)需要觀察的圖像進(jìn)行采集、存儲(chǔ)及處理，同時(shí)方便的自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)增加了觀察的準(zhǔn)確及便利。

1 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成

顯微鏡自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由電動(dòng)機(jī)與計(jì)算機(jī)接口、操縱桿與計(jì)算機(jī)接口、CCD與計(jì)算機(jī)接口等部分組成。在操作過程中，操作者要根據(jù)計(jì)算機(jī)上的有關(guān)成像，通過按下按鈕或扳動(dòng)操作桿手柄將該信息傳遞給計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)接收到信息后，主要通過控制電動(dòng)機(jī)而帶動(dòng)載物臺(tái)的移動(dòng)，從而實(shí)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(jì)算機(jī)，就可以完成圖像的存儲(chǔ)及處理工作。顯微鏡自動(dòng)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(yuǎn)距離的觀測，同時(shí)在觀察毒性物質(zhì)時(shí)，還能有效避免或降低對(duì)人體的傷害。

1.1 電動(dòng)機(jī)與計(jì)算機(jī)接口

電動(dòng)機(jī)與計(jì)算機(jī)接口是該系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，通?？梢圆捎孟尬槐Ｗo(hù)、直流電機(jī)控制以及步進(jìn)電機(jī)控制等多種形式實(shí)現(xiàn)[2]。一般情況下，載物臺(tái)上下方向的移動(dòng)多由步進(jìn)電機(jī)來控制，從而達(dá)到調(diào)焦的目的；常采用直流電機(jī)來控制載物臺(tái)水平方向的移動(dòng)。直流電機(jī)控制具有能夠最大限度調(diào)節(jié)顯微鏡載物臺(tái)，使操作者手感更為舒適的優(yōu)點(diǎn)。在操作過程中，依次進(jìn)行直流電機(jī)控制、步進(jìn)電機(jī)控制、限位保護(hù)，通常出于安全方面考慮，載物臺(tái)在向各個(gè)方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)都應(yīng)該采取限位保護(hù)。否則，若直流電機(jī)遇到機(jī)械障礙或者運(yùn)動(dòng)至極限情況時(shí)，將會(huì)發(fā)生堵轉(zhuǎn)并造成電流急劇增加，若不采取相應(yīng)處理措施則可能會(huì)使電機(jī)受損；該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的限流電路，而在電機(jī)發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)，電流急劇增加，能夠?qū)⑾嚓P(guān)信息反饋到計(jì)算機(jī)上，從而停止輸出指示電機(jī)發(fā)生堵轉(zhuǎn)，提示操作者向反方向扳動(dòng)電機(jī)，使電流減小，最終恢復(fù)正常的工作。

1.2 操縱桿與計(jì)算機(jī)接口

本系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的操縱桿，目前其應(yīng)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(jìn)行合理選擇[3]。操作桿的位置信息則以Windows的標(biāo)準(zhǔn)方式傳遞，在計(jì)算機(jī)連上操縱桿時(shí)，經(jīng)過有關(guān)設(shè)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(jì)算機(jī)接口

攝像頭的視頻信號(hào)一旦輸入到計(jì)算機(jī)的圖像采集系統(tǒng)中，就能夠立即實(shí)現(xiàn)成像。在使用過程中，可以根據(jù)實(shí)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(yīng)的圖像采集、存儲(chǔ)功能，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)圖片的對(duì)比度、飽和度及亮度的調(diào)節(jié)。

2 自動(dòng)調(diào)焦

顯微鏡自動(dòng)控制系統(tǒng)從原理上來講，其自動(dòng)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(jìn)行，另一種是通過測量鏡頭與被攝物體之間的距離進(jìn)行[4]。近些年來，隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)及計(jì)算機(jī)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(dòng)調(diào)焦原理就是根據(jù)采集到的圖像清晰度，不斷進(jìn)行載物臺(tái)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(jìn)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(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，主要從圖像分析及改善圖像質(zhì)量兩個(gè)方面予以處理。其中圖像分析主要包括邊緣增強(qiáng)、輪廓提取、邊緣檢測等多方面的技術(shù)；而圖像質(zhì)量的改善則包括對(duì)比度和亮度的調(diào)節(jié)，銳化、平滑、矯正技術(shù)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(shí)現(xiàn)樣本更準(zhǔn)確的測量。

4 結(jié)語

目前，顯微鏡自動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)逐漸應(yīng)用于實(shí)際[5]，并取得了較好的效果。由于該系統(tǒng)能夠作為附件設(shè)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(dòng)調(diào)焦功能不僅可以應(yīng)用生物醫(yī)學(xué)方面，在工業(yè)生產(chǎn)等實(shí)際中也能發(fā)揮很大的作用。在醫(yī)院試用過程中，主要應(yīng)用于檢驗(yàn)科，與診斷醫(yī)生互連不僅可建立病人數(shù)據(jù)庫、實(shí)現(xiàn)資源共享，圖像信息也可作為以后的參考資料，存儲(chǔ)起來作為病歷的一部分；此外，使用圖像識(shí)別技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)智能診斷?？傊?，顯微鏡自動(dòng)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(diǎn)，還具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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