专利名称：生物显微图像采集与多媒体教学结合的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于生物教学的仪器和方法，是一种利用传统显微技术与现代数码技术相结合的新型数码显微仪器及多媒体的生物教学手段，尤其是生物显微图像采集与多媒体教学结合的方法和装置。
背景技术：
目前生物教学普遍采用的方法有两种1、直接在显微镜下目视观察。2、采用模拟摄像头将显微镜生成的图像传送到大屏幕彩电进行观察。采用这两种方法存在的主要问题是不能够对显微图像进行动态捕获、实时存储以及图像分析等操作。随着计算机图像、图形技术的飞速发展及其在现代生物领域的广泛应用，人们需要一种集实时观察、信息存储、信息分析与信息管理一体化的新型设备系统。
发明内容
本发明的目的是为生物教学提供一种多功能的数字显微仪和一套多媒体教学手段，可对显微图像实现实时观察、动态捕捉、图像存储、投影教学、图像分析等完备的操作；可动态演示教学要点、编辑教学资料；图像处理与测试结果可以投影显示或打印输出，也可以用于实验。本发明的目的还在于为了从根本上克服现有方法的缺点，将直观的图解观察与数字化处理结合起来，将图像的显微显示与处理结合，尤其是在生物医学领域上应用，当然也包括在金属和非金属材料的显微图像分析和处理上应用。为广大的生物医学、材料研究工作者提供一种新型的信息检测与分析系统，提高工作效率。并可以制成综合软件，将课件软件与实验结合起来。
本发明采用如下技术方案生物显微图像采集与多媒体教学结合的方法，由传统显微镜、中继成像系统、数码摄像系统及生物教学软件四部分组成的整套系统在计算机的控制下，完成显微图像的观察、采集、及处理；并交替利用该软件进行教学实验的动画模拟、演示以及交互性练习应答。
bio-edu生物教学软件的构成如下
1.教学内容选择控制器2.教学方法选择控制器3.图像采集与分析模块4.教学实验动画模拟、演示模块5.练习与讨论动画交互应答模块bio-edu生物教学软件具有如下特点人机交互友好界面，主窗口用来显示学习的主要内容，同时配有辅助窗用来进行导航选择。通过导航系统可以随意选择不同的学习方法。在具体的设计中，充分采用多媒体技术，将文本、图表、声音、动画、视频等有机地结合在一起，向学生提供一种图、文、声、像并茂的学习场景。
生物医学显微图像采集装置，生物医学显微图像采集仪在现有的传统光学显微镜基础上，通过接口与数码相机连接，尤其是选用三目显微镜，从而将光学图像信息转换为数据信号，并保留与目镜的切换，再通过图像转换接口传输到计算机中。而图像信息从数码相机到计算机上的传输和处理的过程是通过软件编程实现的，本发明的方法构成图像分析系统OptiEye 2.5，根据各种实际需要，能够进行显微图像实时监控、图像采集、图像处理、图像分析等等。
本发明可以穿插在课件软件内，也可以成为课件软件的一个子部，更可以是独立的支持显微图像的处理。
生物医学显微图像采集及处理的方法，本发明实现对显微图像各种几何尺寸的测量，以及对图像进行标注的方法。OptiEye 2.5使用户根据需要对图像中感兴趣的地方进行各种几何尺寸的测量，包括距离、面积等，通过测量结果对图像进行分析，同时还可以直接在图像上进行箭头和文字的标注，方便用户对图像的解释。对图像进行测量的流程见下图。
测量前要选择显微镜物镜放大倍率，并且要先定标。定标的过程单独在上面的右图给出，定标的目的是为了确定图像中每个象素点代表的显微镜下图像上的实际距离。得到定标后的结果后就可以对图像进行测量了，用户先选择测量方式，需要的话还可以选择测量结果的显示模式，然后进行测量。
本发明直接对数码相机进行操作，使数码相机中的视频信息能传输到计算机中；通过软件编程来实现对图像存储或拍摄一段视频流，实现对图像的监控和采集。
通过插入文本或方向箭头实现显微图像的标注。
通过光学显微镜来数花粉的粒子数目的过程，通过计算机图解识别的计数方法自动完成花粉的粒子统计。
(1)实现显微图像的实时监控和采集。
改变了传统的显微镜使用方式——必须身体靠近显微镜，双眼贴近目镜，近距离观察，整个人都被束缚住。而在对显微图像实时监控的同时，可以进行其他相关的操作，大大提高了工作效率，如果碰到有意义的图像则可以存储下来，以便作进一步处理。并且可以拍摄一段视频流。而图像的监控和采集都是通过软件编程来实现的，因为每种相机都支持微软的多媒体技术，所以程序设计中直接对数码相机进行操作，使数码相机中的视频信息能传输到计算机中。
(2)实现显微图像的各种调整、旋转、镜像、直方图、平滑、锐化。
OptiEye 2.5提供了对用户抓拍的感兴趣的图像进行各种调整等处理，可以方便用户更好的观察图像的形状和细节，从而进一步了解图像。
(3)实现显微图像几何尺寸的测量，对图像的标注。
OptiEye 2.5使用户根据需要对图像中感兴趣的地方进行各种几何尺寸的测量，通过测量结果对图像进行分析，同时还可以直接在图像上进行箭头和文字的标注，方便用户对图像的解释。
(4)实现水稻花粉育系和不育系细胞显微图像的自动识别与统计。
传统的方法是用户通过普通光学显微镜来数花粉的粒子数目，OptiEye 2.5的这个功能提供给了用户通过计算机自动完成花粉的粒子统计，大大提高了工作效率，把用户从繁重的工作中解放出来。
四
图1为本发明的系统示意框图；图2为本发明实时监控、采集、图像分析框图；图3为本发明动画模拟、演示框图；图4为本发明交互性动画应答框图。
图5为本发明定标流程6为本发明测量流程图五具体实施方式
生物显微图像采集装置和软件系统(参见图1)1.显微镜国内外多种型号的显微镜可供选择。
2.中继成像系统由中继透镜及机械接口组成，用于将显微镜形成的显微图象传递至数码相机成像面，使显微镜与数码相机连成一体。
3.数码摄像系统可选用国内外多种型号的数码相机或者摄像头。
4.bio-edu生物教学软件1)主界面由“教学内容选择控制器”组成(为支撑这一功能，建立了相应的图像数据库)，选定教学内容后即可进入专题界面；专题界面主窗口用来显示学习的主要内容，同时配有辅助窗用来进行导航选择。
2)导航系统是由“教学方法选择控制器”组成，设置有“显微镜观察”、“方法与步骤”、“练习与讨论”按钮。针对选定的教学内容，通过“教学方法选择控制器”可以方便地选择或改变教学方法。
3)激活“显微镜观察”按钮，用户即可获取“显微图象实时监控、采集、处理”模块的操作界面。“显微图象实时监控、采集、处理模块”(参见图2)开发环境为微软为开发图形、图像、游戏等多媒体系统而推出的开发包DirectX SDK主要包括DirectX Graphics、DirectX Audio、DirectInput、DirectPlay、DirectShow、DirectSetup。该模块是基于微软DirectX SDK 8.1版中的DirectShow技术开发，性能卓越、兼容性好、稳定性强。该模块包含以下子模块a)图像采集激活“图像采集”模块，首先进入显微图像实时监控状态，在此状态下，用户可以抓拍感兴趣的图像画面，或者捕获一段视频流，图像和视频流可以保存，还可以对图像进行编辑和处理。
b)图像处理用户通过软件可以对图像进行各种调整，包括颜色、亮度、对比度等；可以对图像进行锐化和柔化的处理；还可以进行各种缩放、旋转等操作；反色、灰阶、浮雕、直方图等也是可以进行的操作。
c)图像分析可以对图像的几何尺寸进行测量，如长度和面积；用户还可以对感兴趣的地方进行文字和箭头的标注。
4)激活“练习与讨论”按钮用户即可获取“教学内容练习与讨论动画交互应答模块”操作界面，动画交互应答模块(参见图4)选取大量的平面及立体图片体现形象直观的教学特点，丰富界面的视觉效果。通过Flash软件自带的ActionScript语句编写脚本实现不同互动页之间的链接，以及与客户的动态交互作用。采用事件驱动的方式对用户的输入反映进行交互与反馈。
权利要求
1.生物显微图像采集与多媒体教学结合的方法，其特征是由传统显微镜、中继成像系统、数码摄像系统及生物教学软件四部分组成的整套系统在计算机的控制下，完成显微图像的观察、采集、及处理；并交替利用该软件进行教学实验的动画模拟、演示以及交互性练习应答。
2.由权利要求1所述的生物显微图像采集与多媒体教学结合的方法，其特征是对数码摄像的测量采用如下方法先选择显微镜物镜放大倍率，并要先定标，以确定图像中每个象素点代表的显微镜下图像上的实际距离，得到定标结果后可以对图像进行各种测量。
3.由权利要求1所述的生物显微图像采集与多媒体教学结合的方法，其特征是用户先选择测量方式，并选择测量结果的显示模式，然后进行测量。
4.由权利要求1所述的生物显微图像采集与多媒体教学结合的方法，其特征是直接对数码相机进行操作，使数码相机中的视频信息能传输到计算机中；通过软件编程来实现对图像存储或拍摄一段视频流，实现对图像的监控和采集。
5.由权利要求1所述的生物显微图像采集与多媒体教学结合的方法，其特征是通过插入文本或方向箭头实现显微图像的标注。
6.由权利要求1所述的生物显微图像采集与多媒体教学结合的方法，其特征是通过光学显微镜来数花粉的粒子数目的过程，通过计算机图解识别的计数方法自动完成花粉的粒子统计。
7.生物医学显微图像采集装置，由显微镜、中继透镜及机械接口、数码相机成像面，使显微镜与数码相机连成一体，其特征是选用三目显微镜，从而将光学图像信息转换为数据信号，并保留与目镜的切换，再通过图像转换接口传输到计算机中。
全文摘要
生物显微图像采集与多媒体教学结合的方法，由传统显微镜、中继成像系统、数码摄像系统及生物教学软件四部分组成的整套系统在计算机的控制下，完成显微图像的观察、采集、及处理；并交替利用该软件进行教学实验的动画模拟、演示以及交互性练习应答。本发明选用三目显微镜，从而将光学图像信息转换为数据信号，并保留与目镜的切换，再通过图像转换接口传输到计算机中。本发明实现显微图像的实时监控和采集。
文档编号G06F15/18GK1545042SQ20031010630
公开日2004年11月10日 申请日期2003年11月18日 优先权日2003年11月18日
发明者杨晓春, 丁胜, 刘峰, 胡茂海, 黄琳 申请人:北京清大德人科技有限公司