專利名稱：微循環(huán)雙通道仿立體偽彩色顯微視頻成像系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種彩色顯微成像系統(tǒng)，尤其是一種以計算機視覺合 成技術拾取整合人體甲皺微循環(huán)及某種生物載體的彩色顯微成像系統(tǒng)。
背景技術：
由于目前用于人體甲皺微循環(huán)變倍的體視顯微鏡拾取的視頻圖 像為單通道接受，監(jiān)視器和電腦圖像分析均為平面效果，與人眼雙目 視覺成像有很大差別。在醫(yī)學臨床中，甲皺微循環(huán)的血管變異在一定 時期內會隨著身體變化而改變，其觀察的深度為手指甲皺部皮下0.3mrn左右，顯微鏡下觀察景深范圍在100Mm左右。在檢査屏幕上，為 得到其細微的視覺圖形，尤其是結團狀血管的變異態(tài)勢，以便診斷病 情，需得到一個靜止的清晰的彩色血管立體感圖像，以判斷血管的構 造和觀察臨床各階段的微細變化。人眼通過立體顯微鏡目鏡配以合適 的光照條件是能看到微循環(huán)中微血管的立體圖形，但通過目鏡拾取的 信息倍數太小并且無法共同觀察和紀錄。目前先進的顯微立體圖象的 建立是在單通道的條件下在一定的景深要求范圍內獲取不同深度的 平面圖象后進行整合處理獲得，它需要一套精密的顯微鏡縱向伺服系 統(tǒng)和復雜的需較長處理時間的圖象數據處理系統(tǒng)，價格昂貴，不利于 普通臨床和科研的推廣。目前微循環(huán)圖象的計算機圖象處理程序以標準白板為定標基準，盡量逼近真彩色，但微循環(huán)中的血管和紅血球對 藍綠光段波長敏感，要得到形象的血管清晰圖象需要一定的偏色和光 亮度處理，同時，還要處理雜散光和過強的背景亮度。在人類的感知信息中，視覺信息占80%以上，自上世紀中葉以來， 模仿人類視覺產生的新學科機器視覺(或稱人工視覺、計算機視覺) 已得到逐步開發(fā)。目前此項技術已開始運用到機器人的仿真視覺等較 大空間距離領域，但在顯微體視的細微空間范圍的仿真是新的嘗試。目前為配合人體甲鈹微循環(huán)觀察和某些工業(yè)的精細檢測的要求， 我們需要研制專用雙目雙視頻的體視顯微鏡，通過機器視覺的新技術 和光亮彩色修偏程序，以獲取整合的仿真微循環(huán)血管圖像。其效果是 以較簡單的機器成本和操作程序得到增強的立體效果和較清晰的生 物組織彩色圖象，為疾病檢測診斷和某些工業(yè)檢測提供更豐富的圖像f曰息。發(fā)明內容本發(fā)明是要提供一種微循環(huán)雙通道仿立體偽彩色顯微視頻成像 系統(tǒng)，以較簡單的機器成本和操作程序得到增強的立體效果和較清晰 的生物組織彩色圖象，為疾病檢測診斷和某些工業(yè)檢測提供更豐富的 圖像信息。為實現上述目的，本發(fā)明的技術方案是 一種微循環(huán)雙通道仿立 體偽彩色顯微視頻成像系統(tǒng)，包括微循環(huán)雙目雙通道視頻顯微鏡，雙通道圖象采集卡，雙匹配低靈敏度高分辨率CCD或CMOS攝像頭，其特 點是微循環(huán)雙目雙通道視頻顯微鏡下面依次設置內置可調光源，可調光闌裝置，工作臺上面設有外置可調側光源。內置可調光源為光纖傳導，以電壓調節(jié)作為光度可調的內置垂直投射光源，其鹵鎢燈為250W。外置可調側光源以光學衰減插片作為光度可調裝置的外置側光 源，其汞燈為100W。微循環(huán)雙通道仿立體偽彩色顯微視頻成像系統(tǒng)還配有彩色干預 偏置調試標準板，專用立體調試光學精細劃分板，計算機，彩色激光 打印機。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明在現有雙目變倍體視顯微鏡的結構基礎上進行改裝，在成 像系統(tǒng)中加裝可調的雙光源系統(tǒng)、可變光闌及雙視頻圖像采集系統(tǒng)， 為獲取信息豐富的雙視頻圖像提供硬件基礎。利用雙視頻CCD對同一 場景定點拍攝兩幅不同曝光的照片圖像，通過擬合出相機的光照響應 曲線，以獲得圖像的像素值與曝光量之間的映射關系，進而將不同曝 光的場景圖像融合成一幅HDR圖像的方法，具有研制成本低，實現簡 單，合成的HDR圖像可以有效地表達亮區(qū)和暗區(qū)的光照信息等特點。 其效果將滿足對微循環(huán)的觀察圖象有點立體感(仿立體)，清晰度高 些，色彩明亮些(偽彩色)，將會給目前檢測水平提高到一個新水平， 同時也對某些工業(yè)精細加工的觀察與研究具有很大的應用前景。


圖l是本發(fā)明的結構立體示意圖； 圖2是本發(fā)明用仿立體視覺處理程序流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步的說明。如圖l所示，本發(fā)明的微循環(huán)雙通道仿立體偽彩色顯微視頻成像
系統(tǒng)，包括微循環(huán)雙目雙通道視頻顯微鏡l，雙通道圖象采集卡2，雙匹配低靈敏度高分辨率CCD或CM0S攝像頭3，內置可調光源4，可調光鬧裝置5，彩色干預偏置調試標準板6，專用立體調試光學精細劃分板7，計算機8，彩色激光打印機9，外置可調側光源IO,專用圖象處理程序。
微循環(huán)雙目雙通道視頻顯微鏡l下面依次設置內置可調光源4，可調光闌裝置5，并設有外置可調側光源IO。工作臺ll可拆卸，顯微鏡可為反射式和透射式二種工作方式。
微循環(huán)雙通道仿立體偽彩色顯微視頻成像系統(tǒng)還配有彩色干預偏置調試標準板6，專用立體調試光學精細劃分板7，計算機8，彩色激光打印機9。
彩色微循環(huán)顯微鏡的雙光源可調系統(tǒng)內置可調光源4為光纖傳導，以電壓調節(jié)作為光度可調的內置垂直投射光源，其鹵鎢燈為250W。外置可調側光源10以光學衰減插片作為光度可調裝置的外置側光源，其汞燈為100W。
本發(fā)明的微循環(huán)體視顯微鏡的特殊結構為在光路中加裝可變光闌，在物鏡前加裝附加模塊能具有濾光、偏振光；顯微鏡具有雙目鏡和雙視頻出光口。
雙視頻電腦轉換卡，選配低靈敏度高清晰度雙匹配彩色CCD或CM0S攝像頭。
專用的機器視頻程序及顯微鏡調試用精細光學標示組合板。機器視覺程序編制，以整合雙路視頻圖像，較單路視頻能凸出體視效果。
彩色微循環(huán)偽彩色干預偏置程序，以增加色彩透亮度，增加立體效果和清晰度。
專用偽彩色干預偏置調試標準組合板。
本發(fā)明對現有變倍體式光學顯微鏡的結構加以改造，并結合機器視覺和圖像處理技術，研制適用于人體微循環(huán)檢測的高清偽立體顯微鏡。具體方法是
1)在現有雙目變倍體視顯微鏡的結構基礎上進行改裝，在成像系統(tǒng)中加裝可調的雙光源系統(tǒng)、可變光闌及雙視頻圖像采集系統(tǒng)，為獲取信息豐富的雙視頻圖像提供硬件基礎。光學顯微鏡的分辨率與光的波長和物鏡數值孔徑相關，既波長越短，分辨率越高，分辨率受入/2
的限制。為了兼顧彩色和分辨率，本系統(tǒng)采用鹵鎢燈和球型汞燈等的混合光源。這是由于血球對汞燈的綠色光譜有很強的吸收率，使得血管和背景之間的反差增加，圖象清晰度提高。為配合顯微鏡變倍時
的所需光強的不一，以免造成CCD感光的不足或過強時信號的溢出，因此設計的燈源為可調的。光路的改進采用積木式結構，可以接入同軸落射光、偏光裝置、內置分劃板、可變光闌、濾光選擇等附件。其中，通過手動光闌控制，改變光學系統(tǒng)的通光孔徑， 加大圖象的景深和提高圖象的清晰度，以便仿立體視頻圖象的確立。因為本系統(tǒng)不是全仿真立體圖象，為簡化和實用不采用對觀察物體的深度分層掃描法，而以增大攝取的景深來凸顯物體的可視厚度，由程序處理成偽立體圖象，其所要求的效果是能在平面圖象上凸顯點立體效果。以可變光闌提高清晰度和透亮度作用是，微循環(huán)檢査時的透射光亮度要大，穿透皮膚后反射目標的光就強，但背景光也強，對比度就差，立體感也差，需整體調節(jié)光通量達最佳狀態(tài)。
2)顯微鏡設計以雙光路目鏡觀察和分別切換的雙視頻輸出，系統(tǒng)為雙CCD或CMOS接受，采用雙通道視頻采集卡，圖象處理采用雙目視覺圖象識別系統(tǒng)。其原理是因人眼對雙目鏡觀察時對觀察目標有一固定夾角，"人眼從有- 定距離(瞳距)的兩個點上觀察同-』個目標，兩眼的視線不是平行的而是匯集在這個物體上，這樣兩條視線間就有一個夾角。(人眼會聚)。物體距離人眼位置不同夾角也不同。從而產生不同的深度感。"雙光路在某一光照的條件下拾取的圖象將有視覺上差別，可將兩副圖象整合為一形成偽立體圖象。同時對同一場景不同曝光的雙視頻圖像進行濾波，增強和配準等處理、通過對配準后的圖像進行采樣，試圖用最小二乘原理擬合出相機的最佳光照響應曲線，獲得圖像中像素值與曝光量之間的映射關系，進而將不同曝光的場景照片圖像融合成一幅高動態(tài)范圍圖像進行視頻輸出，實現高清晰仿立體成像系統(tǒng)。我們知道在圖像拍攝領域，特別是顯微成像系統(tǒng)，由于光照的影響，不論是高亮度的背景圖像還是陰暗的被檢測的物體都需要充分表現。 一般情況下，當拍攝背景遇到這種場景的亮度范圍大大超過載體所能記錄能力以外的時候，我們只能選擇或偏重、傾向高光部位或偏重、傾向暗部區(qū)域的景物層次。如果反差超過5級EV值，就己經不適宜拍攝。然而，隨著數字圖像時代的來臨，人們已經不能滿足這種LDRI (低動態(tài)范圍圖像)的畫質，因為它難于充分表現現實宏觀世界和微觀顯微世界極其豐富多彩的自然影調層次和細節(jié)信息。HDRI技術應運而生。HDRI (高動態(tài)范圍圖像)，顧名思義，即具有比LDRI高得多的動態(tài)范圍。與之不同，高動態(tài)范圍(high dynamic range,HDR)圖像是一種可以表示實際場景中亮度大范圍變化的圖像類型，圖像的像素值(一般用浮點小數表示)正比于實際場景中對應點的實際亮度值，可以更好地記錄和表達場景中亮區(qū)和暗區(qū)的光學特性，增加其細節(jié)特征?；贖DRI的特點，研究利用普通雙視頻CCD對同一場景
定點拍攝兩幅不同曝光的照片圖像，擬合出相機的光照的最佳響應曲線，以獲得圖像的像素值與曝光量之間的映射關系，進而將不同曝光的場景圖像融合成一幅HDR圖像，實現顯微圖像的仿立體效果。其流程效果圖如圖2所示
其中，對于兩副圖象的整合、顯微鏡的誤差將以精密光學劃分板來校準。
3)在圖象處理程序中對圖象色彩的自動處理部分加入人工修正，選擇相對標準彩色有一固定偏置的偽彩色，借以增強微循環(huán)的圖象效果，適應微循環(huán)對藍綠波段的需求，同時加入人工對光亮度的修正，凸顯立體的透亮度。其中，專門研制一組色彩反射標準板，對通用標準色彩有一偏置修正的樣本，利于標準化。
本方案僅對普通顯微成像系統(tǒng)進行改裝，利用雙視頻CCD對同一場景定點拍攝兩幅不同曝光的照片圖像，通過擬合出相機的光照響應 曲線，以獲得圖像的像素值與曝光量之間的映射關系，進而將不同曝
光的場景圖像融合成一幅HDR圖像的方法，具有研制成本低，實現簡 單，合成的HDR圖像可以有效地表達亮區(qū)和暗區(qū)的光照信息等特點。 其效果將滿足對微循環(huán)的觀察圖象有點立體感(仿立體)，清晰度高 些，色彩明亮些(偽彩色)，將會給目前檢測水平提高到一個新水平， 同時也對某些工業(yè)精細加工的觀察與研究具有很大的應用前景。 本發(fā)明儀器的操作程序如下
1) 啟動計算機微循環(huán)(或工業(yè))檢測程序進入圖象攝取程序。顯 微鏡(通道拉桿)置某一單視頻位置。
2) 打開微循環(huán)專用顯微鏡配置的內置投射鹵鎢燈和外置汞燈開 關，燈源亮度均調至適中，汞燈射光頭調整為傾斜45。，對準 目標。計算機圖象框內有光亮顯示。
3) 將精細光學標示組合板中的標準立體成像標示板放置在顯微鏡 載物臺中央。
4) 將顯微鏡放大倍數調整至最小，物鏡位置調整至對準焦點。
5) 將攝取的標示板圖象的位置、光亮、計算機處理調整至最佳。
6) 更換另一通道攝取圖象，注意焦距不變。
7) 綜合調整至在兩個CCD攝取靶面為同一焦距，色差、清晰度均衡，
可整合成理想的仿立體彩色圖象。預調完畢。
8) 撤去標示板，放入手指托架(工作臺)，恢復顯微鏡單通道狀態(tài)。
9) 將所檢查的手指放入托架中的適當位置，涂上香柏油，將側光對準所檢査部位，調整載物拖板平臺的左右調整裝置，調整顯 微鏡的焦點至計算機動態(tài)圖象清晰。
10) 按4)至lj7)的步驟調整和攝取圖象，觀察活動耙體圖象 將系統(tǒng)設為單一通道狀態(tài)。獲取靶體靜止圖象可攝取凝固單 一通道圖象，也可攝取處理為雙通道仿立體偽彩色圖象。
在攝取微循環(huán)時將雙燈光、計算機彩色處理程序以人工綜合調 整至最佳位置狀態(tài)。必要時使用彩色標示板，爭取達到在色彩鮮艷逼 真，圖象透亮度較好。
11) 在攝取工業(yè)耙體時，按以上步驟進行，但計算機色彩處理 程序設定為自動處理擋。
12) 顯微鏡工作狀態(tài)可為反射光和透射光兩種工作模式。
13) 工作完畢時計算機按程序退出；鹵鎢燈源調至最小后關 閉，以延長燈管壽命；汞燈可直接關閉，待燈壁冷卻后恢復原 狀。
權利要求
1.一種微循環(huán)雙通道仿立體偽彩色顯微視頻成像系統(tǒng)，包括微循環(huán)雙目雙通道視頻顯微鏡(1)，雙通道圖象采集卡(2)，雙匹配低靈敏度高分辨率CCD或CMOS攝像頭(3)，其特征在于所述微循環(huán)雙目雙通道視頻顯微鏡(1)下面依次設置內置可調光源(4)，可調光闌裝置(5)，工作臺(11)上面設有外置可調側光源(10)。
2. 根據權利要求l所述的微循環(huán)雙通道仿立體偽彩色顯微視頻成像系 統(tǒng)，其特征在于所述內置可調光源(4)為光纖傳導，以電壓調節(jié) 作為光度可調的內置垂直投射光源，其鹵鎢燈為250W。
3. 根據權利要求l所述的微循環(huán)雙通道仿立體偽彩色顯微視頻成像系 統(tǒng)，其特征在于所述外置可調側光源(10)以光學衰減插片作為光 度可調裝置的外置側光源，其汞燈為100W。
4. 根據權利要求l所述的微循環(huán)雙通道仿立體偽彩色顯微視頻成像系 統(tǒng)，其特征在于所述微循環(huán)雙通道仿立體偽彩色顯微視頻成像系統(tǒng) 還配有彩色干預偏置調試標準板(6)，立體調試光學精細劃分板(7)， 計算機(8)，彩色激光打印機(9)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微循環(huán)雙通道仿立體偽彩色顯微視頻成像系統(tǒng)，包括微循環(huán)雙目雙通道視頻顯微鏡，雙匹配低靈敏度高分辨率CCD或CMOS攝像頭，微循環(huán)雙目雙通道視頻顯微鏡下面依次設置內置可調光源，可調光闌裝置，工作臺上面設有外置可調側光源。內置可調光源為光纖傳導，以電壓調節(jié)作為光度可調的內置垂直投射光源，其鹵鎢燈為250W。外置可調側光源以光學衰減插片作為光度可調裝置的外置側光源，其汞燈為100W。本發(fā)明通過機器視覺的新技術和彩色修偏程序，以獲取整合的仿真微循環(huán)血管圖像。其效果是以較簡單的機器成本和操作程序得到增強的立體效果和較清晰的生物組織彩色圖象，以較好的性價比為疾病檢測和診斷提供較豐富的圖像信息。
文檔編號A61B5/00GK101627899SQ20091005544
公開日2010年1月20日 申請日期2009年7月28日 優(yōu)先權日2009年7月28日
發(fā)明者鴦 吳, 姜兆華, 張志琳, 鋒 賈, 韓鐵莊 申請人:上海市激光技術研究所