[01079356]远程智能显微工作站研发

该项目来源于广西壮族自治区科学技术厅桂科计字[2015]98号文件下达的广西科学研究与技术开发计划项目《远程智能显微工作站研发》，合同编号：桂科攻1598007-13。 项目背景：光学产业是国民经济重要产业，该区光学产业规模不大，但发展空间巨大，尤其是在光、机、电产业相互融合渗透发展的潮流下，该区光学产业成了严重制约机电产业发展的短板。该区光学产业发源于梧州市，上世纪八、九十年代梧州光学仪器厂是国内外知名的企业，它生产的显微镜远销欧美各国，有相当高的知名度。梧州奥卡光学仪器有限公司、立见光学仪器有限公司等继承了原梧州光学仪器厂，其显微镜等优质产品该区知名品牌，在国内外占有一定市场。但是，这些光学公司的产品都是传统的显微镜等光学设备，其主产品显微镜系列均是传统的光学设备，虽然凭借其精湛的工艺和质量，在欧美市场占有一席之地，但利润空间越来越小，产品竞争力不断受到挑战。在电子信息技术，机电控制技术飞速发展的今天，产品功能单一，附加值低，营利空间小，严重制约着企业的发展。这些情况，同样见于分布在桂林等地的多家以生产光学仪器为主的光学企业。顺应技术发展的潮流，走光、机、电一体化发展路线，充分利用信息技术，加快开发出具有自主知识产权的集成显微、图像处理、智能控制和远程通信功能为一体的高科技显微工作站系统，对加快该区光学产业升级具有积极意义。 技术原理：以梧州奥卡光学仪器有限公司XSZ-700传统光学显微镜为基础，通过开发和集成多种新技术，研发出集计算机控制、图像处理和支持远程用户操控的光、机、电一体化显微工作站系统。本地用户通过计算机界面实现对显微镜全自动控制，远程用户可通过互联网对显微镜进行操控，获得实时影像，系统具有较强的图像处理和信息管理功能，具有图像融合实现景深扩展的能力。通过本地计算机与显微镜下位机系统通讯，实现对显微视频和图像采集，对显微镜全功能自动交互控制，并部分兼容手动操控功能。通过互联网连接，可实现远程用户对显微镜的交互控制；项目开发的远程智能显微工作站系统，其音视频及图像传输能适应低网速(1M带宽左右)、低延迟及IP变动(即网络不稳定)的情况下进行实时传输；远程用户与本地用户在线文字与语音交流；同时，图像处理软件包能实现增强、剪切、缩放、补偿等常见图像处理功能，可实现图像拼接和降噪处理，采用图像融合技术实现显微镜景深扩展功能。 创新内容：无限远色差校正光学系统是显微镜市场的一种主流光学系统。它的最大创新点就是突破了机械筒长的限制，由传统的160mm机械筒长变成无限远的机械筒长，在物镜与公共镜筒透镜之间可以随意添加任何附件而不影响目镜所得到的像平面，是各个功能附件能够搭积木式扩展的必要条件。照明系统使用后置式柯拉照明。在柯拉照明中增加了可变的视场光阑，它能有效地控制标本面的被照明面积，匹配不同倍数的物镜的物方视场范围，从而减少了处于非观察部分的标本发出的玄光进入物镜，提高像面的衬度，这个体现照明系统结构的新颖性及合理性。针对全自动光学显微镜系统中，传统聚焦窗口选择方法易受图像内容分布、杂质、噪声等因素的干扰问题，提出一种根据内容像素变化量选择聚焦窗口的方法。相比传统的显微镜自动聚焦取窗方法，所使用的方法自动聚焦成功率更高，鲁棒性更强。传统的方法利用标记物或传感器等对物镜定位，会增加机械复杂度，因此该显微工作站根据主光轴的光通量会随着物镜中心偏离光轴的程度增加而减小，图像能量也随之降低的这一特性，采用图像处理的方式进行处理，利用图像能量均值来表征物镜偏离光轴的程度，对物镜定位，降低机械复杂度。物镜定位方法分为粗定位和细定位两部分。粗定位部分，根据物镜转换器上的镜头数量对360度的搜索游程进行等分；由于无聚光镜辅助情况下，×10倍率以上的物镜采集到的显微图像全暗；×10和×4两种低倍率物镜采集到的显微图像经合适的摄像头曝光等级和灰度阈值处理后呈现出不同的二值化特性，因此可以准确定位出×4倍率的物镜。在细定位部分，利用图像能量均值来表征物镜偏离光轴的程度，对物镜定位；在物镜中心接近主光轴时，由于主光轴的光通量的变化减缓会导致定位误差提升的问题。针对这个问题，该显微工作站通过利用较亮像素变化率确定基准帧，并在该基础上使用图像能量均值增量来判断物镜偏离程度，可有效降低定位误差，提升定位鲁棒性。在显微镜下位机系统中采用了CAN通信总线，增强了显微镜系统硬件的可扩展性。根据用户的需要随时可增加功能配件，并可以对不同的需求设计不同功能的配件做到配件多样化。