单细胞图像提取检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及细胞图像处理技术领域，特别涉及一种单细胞图像提取检测装 置。
【背景技术】
[0002] 单细胞是生命体结构和生命活动的基本单元，要了解生命体中一些生命活动规 律，就必须要以单细胞为研究基础。在对单细胞内组成成分的分析研究中，由于单细胞分 析的难度比较大，所以往往采取单细胞群体的分析手段来获得单细胞中的化学信息和电信 息，但是这样做就会带来很多的局限性和弊端，因为在生物体内的组织具有不均匀性，单个 细胞间更是具有较大的差异，在对单细胞群体的统计分析在结果中，掩盖了单细胞间的差 异，从而造成了医学、生物学及其它学科在进一步深入研究生命活动规律中受到限制。而对 于单个单细胞的研究，能够掌握更准确更全面的单细胞信息，可以克服以往群体分析中平 均结果对个别信息掩盖的局限性，因此，单细胞分析的引入对疾病的早期预防和诊断具有 重要的科学意义。传统的单细胞图像采集装置，主要通过人眼观看目镜中的单细胞图像质 量（例如图像的完整性、图像清晰度等），用手动控制方式来调节单细胞和显微镜之间的三 维空间距离，使单细胞图像可以清晰的呈现在视觉范围之内，如此手动调整时间长，操作效 率低，人为影响大，操作难度高。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实 用新型的一个目的在于提出一种单细胞图像提取检测装置，能够自动调整来调节单细胞和 显微镜之间的三维空间距离，同时使单细胞图像可以清晰、实时的呈现在图像显示装置上， 有利于进一步对该单细胞图像作深入分析处理，帮助单细胞病理分析的医生观察单个单细 胞是否出现异常，对其做出评估，从而进行诊断。
[0004] 为达到上述目的，本实用新型一方面实施例提出了一种单细胞图像提取检测装 置，所述单细胞图像提取检测装置包括工作台，用于放置细胞；电机，与所述工作台连接用 于调节所述工作台的空间位置；驱动电路，与所述电机连接用于驱动所述电机工作；显微 镜，对所述细胞进行放大显示；摄像头，对所述显微镜显示的细胞图像进行摄像；视频编解 码器，与所述摄像头连接用于将摄像头所摄取细胞图像的模拟视频信号转换成数字信号； FPGA控制器，与所述视频解码器连接，用于辨别所述细胞图像是否处于设定的最清晰位置 处，并且与所述驱动电路连接，用于控制所述驱动电路驱动所述电机工作以调整所述工作 台的空间位置；图像存储器，与所述FPGA(FieldProgrammableGateArray即现场可编程 门阵列）控制器连接用于存储细胞图像数据；程序存储器，与所述FPGA控制器连接用于存 储程序；图像显示装置，与所述FPGA控制器连接用于显示所述细胞图像。
[0005] 本实用新型实施例提出的所的单细胞图像提取检测装置包含FPGA控制器能够用 于辨别所述细胞图像是否处于设定的最清晰位置处，并且还用于控制所述驱动电路驱动所 述电机工作以调整所述工作台的空间位置以达到自动调节放置在工作台的细胞与显微镜 之间的距离达到最佳距离，并最终将细胞图像呈现在图像显示装置上，实现显微镜与细胞 间距的自动化快速精准调节。
[0006] 根据本实用新型一个实施例，所述FPGA控制器包括数据缓存模块、逻辑控制模块 和图像处理模块，其中所述数据缓存模块输入端与所述视频编码编解码器连接用于缓存每 帧细胞图像数据，所述数据缓存模块输出端与所述逻辑控制模块连接；所述逻辑控制模块 还分别与所述图像存储器和所述程序存储器连接，所述图像处理模块与所述逻辑控制模块 相互连接并用于对数据存储模块中的细胞图像数据进行处理并将经处理后的细胞图像数 据输出至所述图像显示装置同时对细胞图像数据质量判断；所述逻辑控制模块还分别与所 述驱动电路连接用于控制所述驱动电路。
[0007] 根据本实用新型的一个具体实施例，所述电机包括控制所述工作台X轴向位置的 X轴电机、控制所述工作台Y向位置的Y轴电机及控制所述工作台Z轴向位置的Z轴电机， 所述驱动电路与所述X轴电机、所述Y轴电机及所述Z轴电机相连接，其中X轴、Y轴、Z轴 为互相垂直的空间轴线。
[0008] 根据本实用新型的一个具体实施例，所述X轴电机、所述Y轴电机及所述Z轴电机 均为步进电机。
[0009] 根据本实用新型的一个具体实施例，所述驱动电路为五相电机驱动电路。
[0010] 根据本实用新型的一个具体实施例，所述单细胞图像提取检测装置还包括USB通 信模块，所述USB通信模块的输入端与所述逻辑控制模块连接，输出端通过数据线与所述 图像显示装置相连。
[0011] 本实用新型提出的细胞图像提取检测装置的图像处理方法包括所述显微镜对所 述细胞进行放大显示；所述摄像头对所述显微镜显示的细胞图像进行摄像；所述视频编 解码器将所述细胞图像的模拟视频信号转换成数字信号并输送至所述FPGA控制器；所述 FPGA控制器对所述数据存储模块进行写控制，将每帧细胞图像数据存储到所述数据存储模 块中，所述FPGA控制器在读控制下对所述数据存储模块中的每帧细胞图像数据读出并对 每帧单细胞图像数据背景与前景进行分离处理，具体为首先读出的每帧单细胞图像数据进 行去噪和灰度处理，然后对经去噪和灰度处理后的每帧单细胞图像使用sober算子进行边 缘检测，对边缘内的像素用原细胞图像的灰度像素值进行填充，对边缘之外的区域进行置 零处理，所述FPGA控制器再对已经完成背景与前景分离的每帧单细胞图像数据，通过自适 应变步长搜索算法调整Z轴电机，最后把处理完成的每帧单细胞图像数据信号送至所述图 像显示装置进行显示。
[0012] 进一步地，所述对边缘内的像素用原细胞图像的灰度像素值进行填充，具体为如 果边缘个数为偶数，则偶数个边缘内的像素值用原细胞图像的灰度像素值进行填充；如果 边缘个数为奇数，则第一个边缘之后的边缘内的像素值用原细胞图像的灰度像素值进行填 充。
[0013] 进一步地，所述通过自适应步长搜索算法调整Z轴电机，具体为通过清晰度评价 函数上两点组成的直线与水平直线构成夹角的大小来判断调焦步长，并进行调焦步长调 整，将调整后的调焦步长转换成脉冲数发送至所述驱动电路，所述驱动电路驱动所述Z轴 电机进行自适应调整。
[0014] 进一步地，所述通过清晰度评价函数上两点组成的直线与水平直线构成夹角的大 小来判断调焦步长，具体为如果夹角较小，则增加调焦步长；如果夹角较大，则减小调焦步 长。
[0015] 有益效果通过本实用新型提供的单细胞图像提取检测装置，通过FPGA控制器对 细胞图像进行背景和前景分离处理，通过自适应变步长搜索算法调整Z轴电机，实现细胞 图像清晰度的自动比较判断并通过电机运动对放置细胞的工作台与显微镜的距离自动调 整控制，直至细胞图像清晰的呈现在图像显示装置上，操作方便，调焦效率高。
【附图说明】
[0016] 图1是根据本实用新型实施例的单细胞图像提取检测装置构成示意图；
[0017] 图2是根据本实用新型实施例的图像处理相关部件构成示意图；
[0018] 图3是根据本实用新型实施例的电机控制示意图；
[0019] 图4是根据本实用新型实施例的自适应变步长搜索算法过程图；
[0020] 图5是根据本实用新型实施例的清晰度评价函数值与离焦程度之间的关系状态 示意图。
【具体实施方式】
[0021] 下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始 至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参 考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，