[实用新型]实现自动对焦和三维重建的显微系统

说明书

技术领域

本实用新型属于显微视觉信号检测、处理及控制领域，具体涉及一种实现自动对焦和三维重建的显微系统。

背景技术

随着医学仪器的发展，现代医学仪器显微系统中的显微镜的放大倍数越来越大导致景深越来越小，因此采用手动调焦必然会增加手动调焦的难度。现有技术中，单纯的自动调焦系统已经被实现，其系统主要包括PC机和相应步进电机控制电路，其中PC机主要完成显微图像处理、电机控制电路根据PC机反馈的信号对步进电机进行控制。而现代医学中显微视觉下物体的三维重建，在市场上也有比较成熟的产品，如日本奥林巴斯公司生产的激光共聚焦显微镜可以实现对细胞图像的三维重建、该三维重建后的图像为伪彩色三维图像，并不是真正意义上的三维图像；德国卡尔·蔡司公司生产的体视显微镜也可以实现对细胞图像的三维重建，其工作原理的实质是两个单镜筒显微镜并列放置，两个镜筒的光轴构成相当于人们用双目观察一个物体时所形成的视角，以此形成三维空间的立体视觉图像，但其调焦部分仍然采用手动的方式进行。现有的产品技术中，可实现自动调焦的不能实现图像的三维重建，可实现图像三维重建的，不具有自动调焦的功能。

实用新型内容

本实用新型旨在解决现有技术中存在的技术问题，而提出一种既能实现显微物体自动调焦又能实现图像三维重建的显微系统。

为实现上述目的，本实用新型提出的实现自动对焦和三维重建的显微系统包括PC机；显微摄像头，与所述PC机通信连接，所述显微摄像头前方设置有显微镜头，显微镜头将待观察物体显微放大；单片机，与所述PC机通信连接并接收PC机的指令信号并转换成控制信号输出；一号步进电机，与所述一号平台连接并用于驱动所述一号平台旋转；二号步进电机，与所述一号平台连接并用于驱动所述一号平台前后移动；三号步进电机，与所述一号平台连接并用于驱动所述一号平台倾斜角度α；四号步进电机，与所述一号平台连接并用于驱动所述一号平台上下移动；五号步进电机，与所述一号平台连接并用于驱动所述一号平台前后移动；一号步进电机驱动板，与所述单片机连接并根据所述单片机输出的控制信号控制所述一号电机工作；二号步进电机驱动板，与所述单片机连接并根据所述单片机输出的控制信号控制所述二号电机工作；三号步进电机驱动板，与所述单片机连接并根据所述单片机输出的控制信号控制所述三号电机工作；四号步进电机驱动板，与所述单片机连接并根据所述单片机输出的控制信号控制所述四号电机工作；五号步进电机驱动板，与所述单片机连接并根据所述单片机输出的控制信号控制所述五号电机工作。

通过一号步进电机驱动一号平台带动位于其上的待观察物件进行旋转，可以获得不同旋转角度条件下的显微图像，因此通过旋转的方式来模拟实现三维重建当中的双目功能，因此在进行角度旋转时，常采用在未进行旋转的基础上加上180⁰的方式进行旋转，这样就可以模拟实现双目三维重建当中的左视图和右视图的采集功能，通过二号步进电机驱动一号平台带动位于其上的待观察物件进行前后移动，可以调整显微物体在视野当中的前后位置；五号步进电机电机驱动一号平台带动位于其上的待观察物件进行左右移动，可以调整显微物体在视野当中的左右位置；通过三号步进电机驱动一号平台带动位于其上的待观察物件进行倾斜角度a进行调整，达到通过倾斜不同的角度实现对显微物体的不同侧面进行观察；四号步进电机驱动一号平台带动位于其上的待观察物件进行上下移动，达到对已经调整好旋转角度和倾斜角度的平台进行自动调焦；显微镜头对1号平台上的待显微物体进行放大，然后后成像在摄像头当中的感光芯片上，最后传输至PC机的软件上进行图像处理，达到三维建模的目的，另外可以通过操作PC机上的软件实现对各步进电机工作的控制，达到自动对焦的目的，从而可以减少人为造成的误差，即实现了自动调焦有能实现三维重建。

进一步的，实现显微物体自动对焦和三维重建的显微系统还包括二号平台和三号平台，所述一号步进电机固置于所述二号平台上并驱动所述一号平台旋转，所述三号步进电机设置在二号平台与三号平台之间并驱动所述二号平台带动所述一号平台倾斜，二号步进电机、四号步进电机和五号步进电机与三号平台连接并驱动所述三号平台带动所述二号平台及所述一号平台分别作前后移动、上下移动和左右移动。

进一步的，由于显微视觉的视野范围比较小，因此倾斜角度α满足-5⁰≥α≥5⁰可以得到比较满意的视觉效果。

上述实现自动对焦和三维重建的显微系统显微图像获取方法包括以下步骤：

S10：摄像头的标定,采用张正友提出的平面标定法进行摄像头的标定；