[发明专利]一种基于视觉感知的虚拟显微镜及其应用

权利要求书

1.一种基于视觉感知的虚拟显微镜实现的交互方法，包括显微镜本体模型以及设置在所述显微镜本体模型上的转动传感器、远程通信模块、显示器、相机、电子芯片；计算与显示设备；

所述转动传感器、远程通信模块、显示器、相机分别与所述电子芯片连接；

所述远程通信模块能够与计算与显示设备进行通讯；

在所述显微镜本体模型的粗准焦螺旋、细准焦螺旋处分别设置所述转动传感器；

所述电子芯片和远程通信模块设置于所述显微镜本体模型的镜座上；

在所述显微镜本体模型的镜筒下方设置相机，且相机的光轴与镜筒的中心轴线、通光孔的中心轴线位于同一条直线上；

所述显示器设置在所述显微镜本体模型的目镜上方；

每个所述转动传感器包括光源、相机、密封筒、标识片；

所述密封筒为两端端面密封的圆筒状结构；密封筒固定安装在粗准焦螺旋、细准焦螺旋处；所述粗准焦螺旋、细准焦螺旋的旋转轴从所述密封筒的一个端面穿入，从另一个端面穿出，且所述密封筒的中心轴线与旋转轴的中心轴线位于同一条直线上；

所述光源和相机固定安装在密封筒内，且位于密封筒的一个端面的内侧；所述相机的光轴与密封筒的旋转轴位于同一条直线上；

所述标识片位于密封筒的另一个端面的内侧，所述标识片位于密封筒的端面的半径方向上，其一端与旋转轴固定连接，能够随旋转轴一同旋转，另一端为自由端；

位于镜筒下方的相机以及各个转动传感器中的相机分别具有一个唯一的编号；

所述标识片的颜色与背景颜色不同；

载玻片的颜色与背景颜色不同；

其特征在于：所述方法包括：

(1)将转动传感器的数据发送给电子芯片，电子芯片根据转动传感器的数据获得两个相邻时刻的标识片之间的夹角大小；

(2)获得粗准焦螺旋处的交互行为；

(3)获得细准焦螺旋处的交互行为；

(4)监控载玻片的位置；

所述步骤(1)的操作包括：

第1步：对于转动传感器中的相机获取到的当前时刻图像I2，按照以下步骤进行标识片的分割：

第1.1步：将图像I2中的每一个像素点的颜色C与标识片的颜色C0进行比较，把满足条件的像素点留下，把不满足条件的像素点从图像I2中去掉，得到标识片图像；所述条件如公式(1)所示：

||C-C0||δ (1)

δ是一个把标识片从图像中区分出来的阈值参数；

第1.2步：按照以下步骤计算所述标识片图像的重心位置(x^(c),y^(c))：

其中，Ω是标识片图像所在的区域；

第1.3步：计算当前标识片的方向向量P₂：

P₂＝(x^(c),y^(c)) (3)

第2步：利用公式(2)和公式(3)计算得到上一时刻图像I1中的标识片的方向向量为P₁，计算两个相邻时刻的标识片之间的夹角θ：

P₁与P₂之间的方向由叉积P₁×P₂的符号所确定，即若规定符号为正代表旋转方向为顺时针，则符号为负则为逆时针旋转，反之亦然，||.||代表向量的模；

所述步骤(2)的操作包括：

3.1假设原始样本图像为Y₁，计算视野改变后的图像为Y₂，Y₂的长度L、高度W的范围由下式确定：

其中，表示θ的方向，为+或-，*表示乘号；

3.2按照参数(L,W)重新确定视野图像范围得到Y₂；

3.3按照下式逐渐呈现图像X_t：

X_t＝tY₂+(1-t)Y₁ (7)

上式中，X_t表示从原始样本图像到视野改变后的图像之间的连续插值图像，t是一个中间变量参数，t∈[0,1]；

所述步骤(3)的操作包括：

4.1假设粗准焦螺旋调节后得到图像为X₁，利用下式计算模糊化或清晰化后得到图像X₂中的像素点的缩放倍数：

v＝sθ (8)

其中，s是控制缩放速度的经验参数，s0；

4.2计算X₂:

X₂＝vX₁ (9)

4.3按照下式逐渐呈现图像X_t：

X_t＝tX₂+(1-t)X₁ (10)

式中，X_t表示从原始样本图像到视野改变后的图像之间的连续插值图像，t是一个中间变量参数，t∈[0,1]；

所述步骤(4)的操作包括：

第1步：对于位于镜筒下方的相机获取到的当前时刻的图像J2，按照以下步骤进行载波片的分割：

第1.1步：将图像J2中的每一个像素点的颜色K与载波片的颜色K0进行比较，把满足条件的像素点留下，把不满足条件的像素点从图像J2中去掉，得到载波片图像，所述条件如下式所示：

||K-K0||μ (11)

其中，μ是一个把载波片从图像中分割出来的阈值参数；

第1.2步：按照下面方法计算所述载玻片图像的重心位置Z(x^(K),y^(K))：

其中，Ω是所述载波片图像所在区域；

第1.3步：计算载波片的当前方向向量P：

P＝(x^(K),y^(K)) (13)

第2步：假设载玻片放在正确位置时的图像I₀中的标识片的方向向量为P₀，载玻片放在正确位置时的区域的重心位置为Z0(x⁽⁰⁾,y⁽⁰⁾)，利用下式计算当前载玻片的位置偏差Δ和方向偏差θ：

Δ＝||Z-Z0|| (14)

P₀与P之间的方向由P₀×P的符号所确定，若规定符号为正代表旋转方向为顺时针，则符号为负则为逆时针旋转，反之亦然；

第3步：把第1步分割出来的所述载玻片图像以(θ，Δ)为参数进行变换得到变换后的载玻片图像：首先以第1步分割出来的所述载玻片图像的重心为原点旋转θ角度，然后平移Δ得到变换后的载玻片图像。