显微镜自动控制系统设计和应用研究

1、显微镜自动控制系统设计和应用研究摘要：随着计算机技术的不断发展及显微镜的广泛 应用，目前已经设计出一种基于图像处理的显微镜自动调焦 系统，也就是将计算机自动控制系统作为辅助设滋安装在显 微镜上，并通过计算机显示来代替目镜观察到的显微镜图片 样品，具有节省扫描时间、防止眼睛疲劳、操作简单、打印 方便等多种优点。笔者现对计算机在显微镜自动控制系统中 的应用进行分析。关键词：显微镜自动控制系统计算机应用分析设计 中图分类号：tp274文献标识码：a文章编号： 1674-098x (2013) 04 (c) -0077-01近些年来，随着光学科技的飞速发展，显微镜也逐渐开 始应用于科研、检测、教学、社

2、会生产等各个领域，尤其是 在生物医学方面，显微镜的应用最为普遍1。然而，显微 镜在使用过程中有很多不可避免的缺点，这也在一定程度上 限制了显微镜的应用范围，如操作使用、图像信息的处理及 打印等方面都不很方便；另外有些物质也不适用于近距离的 观测，还有如果需要观察的样品较多，将会增加人体眼睛的 疲劳度，长期操作时也会导致观察准确度大大降低。目前， 已经有厂家在显微镜上加上ccd,将其成像在电视机上，但 图像清晰度仍不能满足有关需要，且操作起来较为繁琐。而显微镜自动控制系统就是通过计算机来控制显微镜的使用， 不仅能够控制载物台的移动，还可以对需要观察的图像进行 采集、存储及处理，同时方便的自动调焦

3、系统增加了观察的 准确及便利。1自动控制系统的组成显微镜自动控制系统主要由电动机与计算机接口、操纵 杆与计算机接口、ccd与计算机接口等部分组成。在操作过 程中，操作者要根据计算机上的有关成像，通过按下按钮或 扳动操作杆手柄将该信息传递给计算机；计算机接收到信息 后，主要通过控制电动机而带动载物台的移动，从而实现焦 距的调整或者视野的变换；然后，显微镜上的摄像头把图像 采集回计算机，就可以完成图像的存储及处理工作。显微镜 自动控制系统将原来显微镜与操作人员间的直接式交互转 化为现有的间接式交互，不仅能够实现较远距离的观测，同 时在观察毒性物质时，还能有效避免或降低对人体的伤害。1.1电动机与计

4、算机接口电动机与计算机接口是该系统中最为关键的一个环节， 通常可以采用限位保护、直流电机控制以及步进电机控制等多种形式实现2。一般情况下，载物台上下方向的移动多 由步进电机来控制，从而达到调焦的目的；常采用直流电机来控制载物台水平方向的移动。直流电机控制具有能够最大限度调节显微镜载物台，使操作者手感更为舒适的优点。在操作过程中，依次进行直流电机控制、步进电机控制、限位 保护，通常出于安全方面考虑，载物台在向各个方向进行运 动时都应该采取限位保护。否则，若直流电机遇到机械障碍 或者运动至极限情况时，将会发生堵转并造成电流急剧增 加，若不采取相应处理措施则可能会使电机受损；该系统设 计的限流电路，

5、而在电机发生堵转时，电流急剧增加，能够 将相关信息反馈到计算机上，从而停止输出指示电机发生堵 转，提示操作者向反方向扳动电机，使电流减小，最终恢复 正常的工作。1.2操纵杆与计算机接口本系统采用标准的操纵杆，目前其应用已经非常广泛,在使用过程中操作人员能够根据具体的需要来进行合理选 择3。操作杆的位置信息则以windows的标准方式传递， 在计算机连上操纵杆时，经过有关设置就可以非常便捷的接 收操纵杆传来的消息。因此，操作人员调节手柄后，也能够 通过该窗口直接获得操纵杆的状态信息。1. 3 ccd与计算机接口摄像头的视频信号一旦输入到计算机的图像采集系统中，就能够立即实现成像。在使用过程中，可

6、以根据实际的 观察需要选择合适的采集卡及ccdo通常采集卡上不仅具有 相应的图像采集、存储功能，同时还能够实现对图片的对比 度、饱和度及亮度的调节。2自动调焦显微镜自动控制系统从原理上来讲，其自动调焦可以分 为两类：一种是根据屏幕上图像的清晰度进行，另一种是通 过测量镜头与被摄物体之间的距离进行4。近些年来，随 着数字图像处理技术及计算机硬件的飞速发展，图像的快速 发展也逐渐成为了可能。该系统的自动调焦原理就是根据采 集到的图像清晰度，不断进行载物台高度的调整，最终得到 最为清晰的图像。3信息的处理在采集到图像信息后，就可以逐步完成后续的处理工 作，如进行数字图像处理、打印图像等。信息处理的目

7、的就 是最大程度的改善图像的质量，使其效果更清晰，或者从图 像中提取某些所需的信息。根据本显微镜自动控制系统的应 用，主要从图像分析及改善图像质量两个方面予以处理。其 中图像分析主要包括边缘增强、轮廓提取、边缘检测等多方 面的技术；而图像质量的改善则包括对比度和亮度的调节, 锐化、平滑、矫正技术的使用，主要完成图像上噪声及畸变 信息的剔除，使其清晰度有所提高，以便实现样本更准确的 测量。4结语目前，显微镜自动控制系统已经逐渐应用于实际5, 并取得了较好的效果。由于该系统能够作为附件设施安装在 显微镜上，因此操作起来较为方便，信息处理也比较简单； 该系统中的自动调焦功能不仅可以应用生物医学方面，

8、在工 业生产等实际中也能发挥很大的作用。在医院试用过程中， 主要应用于检验科，与诊断医生互连不仅可建立病人数据 库、实现资源共享，图像信息也可作为以后的参考资料，存 储起来作为病历的一部分；此外，使用图像识别技术还能够 实现智能诊断。总之，显微镜自动控制系统具有图像清晰、 分辨率高、操作观察随意方便等优点，还具有广阔的应用前 景。参考文献1 尤明慧，刘钢，徐爽计算机自动控制mbe algaas/gaas生长系统研究j.电脑编程技巧与维护，2010, 11 (4)： 13-142 刘冰川，曲利娟，刘庆宏，等透射电子显微镜数 字成像系统的研制j医疗卫生装备，2009, 26 (7)： 12-13.3 龚丹，曾立波，张宏波，等，透射电子显微镜ccd 数字图像系统的研制j.分析测试技术与分析，2011, 12(3)： 145-1