智能照相显微镜系统的制作方法

本实用新型涉及照相显微镜领域，尤其涉及一种智能照相显微镜系统。

背景技术：

显微镜用于许多学科领域，如医学、生物学和工业领域，尤其是对于常规显微镜的用户而言，使用效率、易用性和价格是其主要考虑因素。大多数常规显微镜系统中的显微镜是手动显微镜，其价格范围为几千欧元。另外，在这种类别的显微镜中，数码记录工作在日常显微镜应用中越来越重要。用户通常想要快速拍摄所见样本的图像。然而，即使这样的“简单”任务在手动显微镜上也可能执行起来十分麻烦且容易出错，因为必须在照相机和/或显微镜上调整/定义某些设置。用户通常必须定义在拍摄图像时所使用的放大倍率和荧光通道。此外，在照相机上还必须适当地设置白平衡和曝光时间以及影响图像的其它参数。这还包括伽马值、对比度或亮度。

对于上述的照相显微镜系统，通常需要购买计算机(尤指个人电脑)和附加的软件来驱动照相机和/或显微镜，这会大大增加整个显微镜系统的成本。目前市场上的商用照相显微镜系统需要在连接到显微镜和照相机(以及可能的其他设备/附件)的计算机上安装软件，然后该软件控制或接收照相显微镜系统的不同组成部分的信息。

对于电动显微镜而言，照相机只是一个图像采集设备。显微镜和照相机同时连接到一台个人电脑上。个人电脑作为控制界面：显微镜将数据发送给个人电脑；照相机将图像数据发送给个人电脑；个人电脑分析这两个数据并生成输出给用户，例如带有标尺条的阴影校正图像。个人电脑还可以向照相机和显微镜发送命令，例如自动对焦或平铺。

在手动显微镜的情况下，计算机(软件)仅连接到照相机并对照相机进行控制，而并不连接到显微镜和对显微镜进行控制。为此仍然必须手动地提供必要的参数(如放大倍率)，而且也需要单独的计算机。

除了增加额外成本，照相显微镜系统的占地面积也会由于计算机和照相机的存在而大大增加，而在常规显微镜系统所应用的工作环境中空间通常十分有限。因此，照相显微镜的许多使用者都在寻求紧凑型显微镜系统解决方案，能够在不影响显微镜一般工作流程的情况下以较高的易用性对样品进行记录。还希望这样的照相显微镜系统可以防止出错并且价格合理。

技术实现要素：

本实用新型旨在克服现有技术中存在的上述一个或多个缺陷和/或其它问题。

本实用新型的第一方面涉及一种智能照相显微镜系统，其包括：显微镜；和安装在所述显微镜上以对显微镜样本进行拍照的照相机，所述照相机包括内置处理器和图像传感器，并与所述显微镜连接以接收和处理来自所述显微镜的信息。

根据上述第一方面的一种示例性构型，所述照相机与所述显微镜连接以与所述显微镜交换供所述显微镜和/或所述照相机工作所使用的信息。

根据上述第一方面的一种示例性构型，所述照相机安装在所述显微镜的壳体的外部或内部。

根据上述第一方面的一种示例性构型，所述内置处理器为嵌入式处理器。

根据上述第一方面的一种示例性构型，所述智能照相显微镜系统还包括与所述照相机连接的显示装置。

根据上述第一方面的一种示例性构型，所述智能照相显微镜系统还包括带OSD系统的显示装置，所述显示装置与所述照相机连接以显示所述照相机与所述显微镜交互的情况和/或显示控制所述照相机和/或所述显微镜的图形用户界面。

根据上述第一方面的一种示例性构型，所述照相机通过USB总线与所述显微镜连接，以便与所述显微镜交换所述信息和/或由所述显微镜给所述照相机供电。

根据上述第一方面的一种示例性构型，所述信息包括从所述照相机向所述显微镜传送的控制光源的指令和/或控制电动载物台的指令和/或从所述显微镜向所述照相机传送的物镜编码信息和/或反射镜编码信息。

根据上述第一方面的一种示例性构型，所述照相机配置成获取所述显微镜的放大倍率信息和/或带有比例尺的图像和/或多通道荧光图像和/或单通道荧光图像。

根据上述第一方面的一种示例性构型，所述内置处理器对由所述图像传感器获取的原始图像数据进行处理以提高图像品质。

根据上述第一方面的一种示例性构型，所述照相机配置成根据所述显微镜的聚光镜位置和/或反射镜位置和/或所使用的光源来检测所使用的对比度方法。

根据上述第一方面的一种示例性构型，所述OSD系统配置成设置和获取与图像有关的参数和/或重命名所获取的图像文件名。

根据上述第一方面的一种示例性构型，所述智能照相显微镜系统还能够连接鼠标和/或键盘和/或存储装置。

根据上述第一方面的一种示例性构型，所述智能照相显微镜系统与所述鼠标和/或键盘和/或存储装置通过USB集线器连接。

根据上述第一方面的一种示例性构型，所述照相机配置成在摄取图像前向所述显微镜发送自动对焦指令以使所述照相机生成清晰的照相机图像，并在摄取图像后返回到自动对焦前的对焦状态。

本实用新型的第二方面涉及一种智能照相显微镜系统，其包括：显微镜；安装在所述显微镜上以对显微镜样本进行拍照并且包括图像传感器的照相机；和单板计算机，所述单板计算机包括内置处理器，并与所述显微镜和所述照相机连接以接收和处理来自所述显微镜和/或所述照相机的信息。

根据上述第二方面的一种示例性构型，所述单板计算机与所述显微镜和所述照相机连接以与所述显微镜和/或所述照相机交换供所述显微镜和/或所述照相机工作所使用的信息。

根据上述第二方面的一种示例性构型，所述照相机安装在所述显微镜的壳体的外部或内部。

根据上述第二方面的一种示例性构型，所述内置处理器为嵌入式处理器。

根据上述第二方面的一种示例性构型，所述智能照相显微镜系统还包括与所述单板计算机连接的显示装置。

根据上述第二方面的一种示例性构型，所述智能照相显微镜系统还包括带OSD系统的显示装置，所述显示装置与所述单板计算机连接以显示所述照相机与所述显微镜经所述单板计算机交互的情况和/或显示控制所述照相机和/或所述显微镜的图形用户界面。

根据上述第二方面的一种示例性构型，所述单板计算机通过USB总线与所述显微镜连接，以便与所述显微镜交换所述信息和/或由所述显微镜给所述单板计算机供电。

根据上述第二方面的一种示例性构型，所述信息包括从所述单板计算机向所述显微镜传送的控制光源的指令和/或控制电动载物台的指令和/或从所述显微镜向所述单板计算机传送的物镜编码信息和/或反射镜编码信息。

根据上述第二方面的一种示例性构型，所述照相机配置成经所述单板计算机获取所述显微镜的放大倍率信息和/或带有比例尺的图像和/或多通道荧光图像和/或单通道荧光图像。

根据上述第二方面的一种示例性构型，所述单板计算机的内置处理器对由所述图像传感器获取的原始图像数据进行处理以提高图像品质。

根据上述第二方面的一种示例性构型，所述单板计算机配置成根据所述显微镜的聚光镜位置和/或反射镜位置和/或所使用的光源来检测所使用的对比度方法。

根据上述第二方面的一种示例性构型，所述OSD系统配置成设置和获取与图像有关的参数和/或重命名所获取的图像文件名。

根据上述第二方面的一种示例性构型，所述智能照相显微镜系统还能够连接鼠标和/或键盘和/或存储装置。

根据上述第二方面的一种示例性构型，所述智能照相显微镜系统与所述鼠标和/或键盘和/或存储装置通过USB集线器连接。

根据上述第二方面的一种示例性构型，所述单板计算机配置成在摄取图像前向所述显微镜发送自动对焦指令以使所述照相机生成清晰的照相机图像，并在摄取图像后返回到自动对焦前的对焦状态。

根据上述第二方面的一种示例性构型，所述单板计算机包括设置在位于所述照相机和所述显微镜外部的箱盒中的或内置在所述显微镜中的一个或多个印刷电路板，所述内置处理器搭载在所述印刷电路板上。

根据本实用新型的智能照相显微镜系统利用内置在照相机或简单的单板计算机中的处理器对照相机和/或显微镜进行智能控制，至少具有以下优点：不需要设置另外的独立计算机和附加软件，可采用更少的电缆，节省了空间和成本；对于在显微镜中获取和保存样本图像的操作而言，减少了错误并提高了效率；可快捷便利地调整和查看照相机和/或显微镜的设置；与使用单独的照相机和计算机相比，易用性和便利性都得到了极大的改善。

附图说明

本实用新型的上述及其它优点、特征和细节可由下面参考附图所述的示例性实施例得出，其中：

图1是根据本实用新型的第一实施例的智能照相显微镜系统的示意性框图。

图2是图1所示的智能照相显微镜系统的部件构成图。

图3是根据本实用新型的第二实施例的智能照相显微镜系统的示意性框图。

具体实施方式

在图1中示出了根据本实用新型的第一实施例的智能照相显微镜系统的示意性框图。该智能照相显微镜系统包括显微镜7和照相机4，照相机4对显微镜样本进行拍照并且可如图2所示安装在显微镜7上。照相机4可以安装在显微镜7的壳体的外部或内部。显微镜7可为各种类型，例如正置显微镜、倒置显微镜或立体显微镜。照相机4包括内置处理器3，内置处理器3可例如搭载在内置于照相机4中的处理器板2上，并且可例如为嵌入式处理器。照相机4可经由处理器板2与显微镜7连接以接收和处理来自显微镜7的信息，例如与显微镜7交换供显微镜7和/或照相机4工作所使用的信息。这种连接可例如使用USB总线来实现，这样不但可在照相机4和显微镜7之间交换信息，而且可以由显微镜7给照相机4供电。当然，任何能够交换信息的通信方式都可用于照相机4和显微镜7之间的连接，例如蓝牙、WIFI等等。还可以想到，显微镜7和照相机4也可以分别采用独立的电源。

照相机4可包括图像传感器1来实现其基本的拍照和/或摄像功能。该图像传感器能对显微镜样品的图像进行感测，并且可例如为CMOS传感器。图像传感器1获取的图像信息传送到内置处理器3，在内置处理器3中对来自图像传感器1的原始图像数据进行处理以提高图像的品质(例如HDR、自动曝光时间、自动白平衡等)。

另一方面，内置处理器3通过照相机4与显微镜7之间的上述连接与显微镜7进行通信以交换信息。通过由照相机4的内置处理器3向显微镜7传送的信息能对显微镜7的某些参数进行设置，同时内置处理器3能接收并处理从显微镜7向照相机4发送的信息。例如，显微镜7可包括一些显微镜部件8，如光源、电动载物台、物镜编码器、反射镜编码器、电机、聚光镜编码器和对比度编码器。相应地，所述信息可包括从照相机4向显微镜7传送的控制光源的指令和/或控制电动载物台的指令和/或控制显微镜电机运行的位置参数，和/或从显微镜7向照相机4传送的物镜编码信息和/或反射镜编码信息(如当前反射镜位置和反射镜型号)以及可选地，聚光镜编码信息或对比度编码信息以检测当前使用的对比度方法。由此，从照相机4便能控制显微镜7，使其完成诸如切换光源以及其它自动化功能，如一键式多通道荧光成像。可例如通过聚光镜位置或者在利用荧光的情况下例如通过反射镜位置并结合所使用的光源来检测所使用的对比度方法，例如相位对比度或DIC(微分干涉对比)。照相机可识别出该信息并施用特定的图像处理功能，以提高图像品质或者以用户友好或普遍接受的模式来呈现图像。在荧光图像的情况下，系统将检测所引入的荧光滤光片、例如用于DAPI和FITC荧光团的双滤光片，和所使用的荧光照明光源波长、例如470nm。所使用的彩色照相机然后可从RGB彩色模式切换为Mono单色模式，摄取图像并向图像施加伪彩(如绿色)。在相位对比度法中摄取的图像能以类似的方式被处理并以与纯粹明视场图像不同的方式呈现给用户。

进行常规显微镜操作的用户常常数小时地坐在显微镜前透过目镜观察标本。当他们想要获取标本的图像时就会分心，因为他们必须将眼睛从显微镜移开并去看计算机屏幕上显示的实时图像和一些软件。在此他们必须确保在获取图像前图像处于对好焦的状态。实践中经常发生的是，显微镜系统的照相机图像与目镜视野中的图像并不完全处于相同的对焦水平。因此，如果目镜图像对焦得好，照相机图像则常常对焦得不那么好。

关于自动功能而言，照相机能发送指令来执行某些部件的位置变化以有利于完成用户的特定任务。例如，为了解决上述问题，调焦驱动装置(z向位置)可在获取图像之前/期间自动改变其位置，以便捕捉到清晰图像(例如，自动对焦)。于是用户在获取图像时将不用自己去对照相机图像重新对焦。利用简便的启动图像获取的方式，例如显微镜上的按钮，用户甚至可完全不必将其眼睛从显微镜移开。照相机可在开始图像获取前读取当前的z向对焦位置(对好焦的目镜图像)，执行针对照相机图像的自动对焦例行操作，拍摄图像，并返回到先前使用的z向对焦值(再次提供对好焦的目镜图像)。

如图1和2所示，为了便于对显微镜7和/或照相机4进行设置，根据本实用新型的智能照相显微镜系统还设置有显示装置5，如显示屏，其可与照相机4连接，用以例如可选地显示照相机4生成的屏幕显示菜单(OSD，On-Screen Display)系统，即采用屏幕显示菜单式调节方式的图形用户界面，其可用于控制照相机4和/或显微镜7。显示装置5例如通过HDMI与照相机4(更具体地，是搭载在处理器板2上的内置处理器3)连接以显示OSD系统，和/或显示照相机4与显微镜7交互的情况。所述图形用户界面与照相机4和/或显微镜7进行交互的内容可包括照相机4的图像摄取参数，和/或显微镜7和/或照相机4的系统设置，和/或由照相机4摄取的图像。也就是说，通过所述OSD系统，用户可以在显示装置5中设置和获取与图像有关的参数，例如调整图像摄取参数、配置显微镜参数、查看照相机拍摄的显微镜样本图像、对图像文件进行命名和重命名等。

在根据本实用新型的智能照相显微镜系统中，照相机4因具有内置处理器3而成为整个系统的控制接口，其对于整个照相显微镜系统的各个部分的参数进行控制和整合。设有内置处理器3的照相机4是足够智能的，能从显微镜7获取必要信息并向显微镜7传送期望的控制指令。例如，它可以从显微镜7读取诸如放大倍率的相关信息，从而能自动地为所拍摄的图像提供对应的比例尺以获得带有比例尺的图像。照相机4还可以配置成获取多通道荧光图像和/或单通道荧光图像。照相显微镜系统能够读取反射镜编码器的位置信息，从而开启适配波长的激光。当使用彩色照相机时，荧光拍摄模式可自动将照相机从彩色模式切换至黑白模式；系统可自动将拍摄得到的黑白图像加上正确的伪彩。照相机4可获得来自整个系统的信息，并将这些信息连同所获取的图像一起以元数据的形式存储。上述图像和信息都可以在与照相机4连接的显示装置5中进行查看、设置和修改。

为了进一步便于用户操作，如图2所示，根据本实用新型的智能照相显微镜系统还可包括USB集线器9。所述USB集线器可在一侧连接到照相机4，而在另一侧用于连接鼠标和/或键盘10以与带OSD系统的显示装置5协作地操控照相机4和/或显微镜7。鼠标和/或键盘10可例如通过USB连接线或蓝牙适配器连接到USB集线器9。另外，在USB集线器9上还可连接用于存储图像或数据的存储装置如U盘11，和/或WIFI适配器，以扩展整个照相显微镜系统的功能。另外，鼠标和/或键盘和/或存储装置也可通过除USB集线器9以外的其它方式连接到智能照相显微镜系统。

根据本实用新型的上述第一实施例，照相机因具有内置处理器3而能够与显微镜智能交互。与现有技术相比，在操控照相机和/或显微镜时不需要将显微镜另外连接到单独的计算机上和加装相应的软件，从而减少了成本，并且由于没有计算机而减少了使用占地，因而十分适合于在空间狭窄的场合使用，同时也提高了照相显微镜系统的易用性和便利性。

在图3中示出了根据本实用新型的第二实施例的智能照相显微镜系统的示意性框图。第二实施例与上述第一实施例的不同之处仅在于，内置处理器3不是安装于照相机4内，而是安装在单板计算机12中。单板计算机12与显微镜7和照相机4两者连接以接收和处理来自显微镜7和/或照相机4的信息，例如与显微镜7和/或照相机4交换供显微镜和/或照相机工作所使用的信息。单板计算机12包括一个或多个印刷电路板，这些印刷电路板既可以设置在位于照相机和显微镜外部的箱盒6中，也可以直接内置在显微镜7中。内置处理器3搭载在所述印刷电路板上。

同样，单板计算机12上可例如通过HDMI连接有可选地带有OSD系统的显示装置5，以显示照相机与显微镜经单板计算机12交互的情况，和/或显示控制照相机和/或显微镜的图形用户界面。用户可以通过在显示装置5上进行查看或操作而经由单板计算机12获取来自显微镜和/或照相机的信息或操控显微镜和/或照相机。

单板计算机12与显微镜7之间的连接方式和交换的信息与在上述第一实施例中照相机的处理器板与显微镜7之间所采用的方式相同。另外，单板计算机12的内置处理器3也可对由照相机的图像传感器获取的原始图像数据进行处理以提高图像品质。而且，单板计算机12上也可连接有用于扩展整个照相显微镜系统的功能的USB集线器。除此之外，在说明上述第一实施例时描述的与照相机、显微镜和显示装置相关的其它特征也同样适用于第二实施例。

在第二实施例中，通过第一实施例的照相机的内置处理器而集成在照相机中的各种“智能化特征”从照相机转移到单独的单板计算机中。因此，不论使用怎样的照相机，只要将其与单板计算机连接，便能使其成为第一实施例中那样的“智能照相机”。另外，单独的单板计算机上便于设置各种接口以与显微镜的各种附件或外围设备连接，这有利于扩展照相显微镜系统的功能。单板计算机12与照相机4之间可以通过双方支持的各种接口如USB,Ethernet连接。

单板计算机与现有技术中的照相显微镜所连接的普通计算机(尤其是个人电脑)相比在结构、体积和成本上都大为简化或减少，在操控上也无需开发专门的软件，因此与第一实施例一样，根据第二实施例的智能照相显微镜系统也具有成本降低、节省空间和使用便捷的优点。

尽管本实用新型以示例性实施方式公开如上，但本领域技术人员对于本实用新型所作出显而易见的各种修改和变型均应视为不脱离本实用新型的保护范围。