一種行星表面物質(zhì)就位探測的自動調(diào)焦顯微成像系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種行星表面物質(zhì)就位探測的自動調(diào)焦顯微成像系統(tǒng)，包括照明單元、顯微成像單元、圖像采集單元、調(diào)焦傳動單元、上位機單元；照明單元與顯微成像單元位于同一光路，顯微成像單元包括顯微鏡物鏡、鏡筒；調(diào)焦傳動單元是齒輪外噬合傳動裝置，其設(shè)置方向與照明單元垂直，該單元將齒輪的傳動，轉(zhuǎn)化成顯微鏡筒的移動；圖像采集單元與顯微鏡筒在同一光路，圖像采集單元與調(diào)焦傳動單元連接；上位機單元對采集到圖像的清晰度評判，控制整個系統(tǒng)處于準焦?fàn)顟B(tài)。本發(fā)明能夠?qū)Σ杉降拇郎y樣品的圖像進行清晰度判別，通過擬合調(diào)焦函數(shù)，快速找到準焦位置，提高了調(diào)焦的速度和精度，且該裝置采用單元化設(shè)計，具有體積小、功能強等優(yōu)點。
【專利說明】
一種行星表面物質(zhì)就位探測的自動調(diào)焦顯微成像系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)工程領(lǐng)域，尤其涉及一種自動調(diào)焦的顯微成像裝置，利用圖像清晰度評價函數(shù)快速實現(xiàn)對焦過程，獲取待測樣品清晰的顯微圖像。
【背景技術(shù)】
[0002]深空探測領(lǐng)域，顯微成像系統(tǒng)作為就位探測的光學(xué)載荷，通過對行星地質(zhì)表層土壤、巖石樣品成像，根據(jù)圖像尺寸、紋理、顏色等特征，可以從微觀角度來認知地形地貌、進而判斷土壤元素組成、礦物成分分析等。如美國的“機遇號”上攜帶的顯微成像儀(MI)、“鳳凰號”火星著陸器攜帶的光學(xué)顯微鏡(0M)、“好奇號”攜帶的MAHLI相機、歐空局“ExoMars”號攜帶的MicroOmega高光譜顯微鏡等都能從微觀角度對采集到的土壤樣品進行成像、分析等。
[0003]顯微成像載荷獲取清晰圖像時，傳統(tǒng)方法一般是在不同物距下分別對待測樣品成像，然后在采集到的一系列圖像中選取清晰圖像，這種方法采集到的圖像較多，耗時較長，效率低下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決【背景技術(shù)】中所存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種自動調(diào)焦的顯微成像系統(tǒng)裝置，該裝置能夠?qū)Σ杉降拇郎y樣品的圖像進行清晰度判別，通過擬合調(diào)焦函數(shù)，快速找到準焦位置，提高了調(diào)焦的速度和精度，且該裝置采用單元化設(shè)計，具有體積小、功能強等優(yōu)點，符合航天載荷的輕小化設(shè)計原則。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種行星表面物質(zhì)就位探測的自動調(diào)焦顯微成像系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)包括照明單元、顯微成像單元、圖像采集單元、調(diào)焦傳動單元、上位機單元；
[0006]所述照明單元與顯微成像單元位于同一光路，顯微成像單元包括顯微鏡物鏡、鏡筒。調(diào)焦傳動單元是齒輪外噬合傳動裝置，其設(shè)置方向與照明單元垂直，該單元將齒輪的傳動，轉(zhuǎn)化成顯微鏡筒的移動。
[0007]圖像采集單元與顯微鏡筒在同一光路，圖像采集單元與調(diào)焦傳動單元連接；
[0008]上位機單元對采集到圖像的清晰度評判，擬合調(diào)焦曲線，并發(fā)送調(diào)焦指令，控制整個系統(tǒng)處于準焦?fàn)顟B(tài)。
[0009]上述調(diào)焦傳動單元包括主動輪、從動輪、磁珠、電機以及霍爾傳感器；電機驅(qū)動主動輪帶動從動輪傳動;磁珠設(shè)置在從動輪上，磁珠與霍爾傳感器用來標定齒輪傳動時的起點位置;從動輪連接顯微鏡筒和圖像采集單元。
[0010]上述圖像采集單元是CXD相機。
[0011]本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0012]I)本發(fā)明采用照明成像共光路的成像單元，使得整個系統(tǒng)集成度更高。
[0013]2)照明光源的波長可選，針對不同樣品選用不同波長的光源，以更加全面靈活的分析樣品特征。
[0014]3)本裝置通過霍爾傳感器的標定作用，有效的消除了齒輪傳動機構(gòu)回程差對定位精度的影響。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明自動調(diào)焦顯微成像系統(tǒng)工作流程圖；
【具體實施方式】
[0017]參見圖1，本發(fā)明是一種行星表面物質(zhì)就位探測的自動調(diào)焦顯微成像系統(tǒng)裝置，整個系統(tǒng)包括:照明單元、顯微光學(xué)成像單元、圖像采集單元(CCD相機9)、調(diào)焦傳動單元(主動輪、從動輪、磁珠、電機、霍爾傳感器)、上位機單元。本裝置對被測樣品進行顯微成像時，上位機通過對圖像清晰度的判別，計算出準焦位置，并發(fā)送相應(yīng)指令，控制成像系統(tǒng)到達指定位置，快速得到被測物體清晰的顯微圖像。
[0018]該自動調(diào)焦裝置的照明部分及顯微光學(xué)成像部分共光路。LED照明光源I發(fā)出的光線經(jīng)過照明聚光鏡照射到分光片上，照向被觀測物體樣品表面，樣品反射回來的光線經(jīng)過成像鏡組成像在像面上。調(diào)焦機構(gòu)為齒輪外噬合傳動裝置，通過步進電機2驅(qū)動主動輪3帶動從動輪4傳動，鏡筒5逐步靠近或遠離目標，也就是改變物距的方式，找到準焦位置。從動輪4上安裝磁珠6，磁珠6與霍爾傳感器7用來標定齒輪傳動時的起點位置，以消除齒輪傳動機構(gòu)的回程差對定位精度的影響。步進電機2驅(qū)動鏡頭等步長前進，每走一步，采集一幀圖像，上位機8計算該位置圖像清晰度，若當(dāng)前圖像清晰度大于前一幀圖像，則認為系統(tǒng)逐步靠近準焦位置，當(dāng)連續(xù)四個位置的圖像清晰度下降時，則取清晰度最大位置及左右兩側(cè)各取兩個相鄰位置和相應(yīng)的圖像清晰度，實現(xiàn)調(diào)焦曲線的擬合，找出峰值位置，發(fā)出相應(yīng)指令，控制成像系統(tǒng)到達峰值位置處，實現(xiàn)調(diào)焦過程。
[0019]具體實施過程如下:
[0020]上位機8發(fā)送調(diào)焦指令，步進電機2正向轉(zhuǎn)動，通過齒輪傳動機構(gòu)，鏡筒5逐步靠近待測樣品，當(dāng)霍爾傳感器7首次感應(yīng)到磁珠6磁場時，傳感器發(fā)送信號至上位機8，將此位置標志為調(diào)焦行程起點。
[0021]起點位置處，電機大步長驅(qū)動主動輪3轉(zhuǎn)動，每隔等步長采集圖像，上位機8判別圖像清晰度。當(dāng)連續(xù)四點清晰度下降時，即認為此時已越過準焦位置點，此時電機停轉(zhuǎn)。上位機8則取清晰度最大位置及左右兩側(cè)各取兩個相鄰位置和相應(yīng)的圖像清晰度，實現(xiàn)調(diào)焦曲線的擬合，調(diào)焦曲線的峰值位置認為是準焦位置。
[0022]電機反轉(zhuǎn)，當(dāng)霍爾傳感器7再次感應(yīng)到磁場信號時，說明到達起點位置。電機正轉(zhuǎn)，直至驅(qū)動調(diào)焦機構(gòu)運轉(zhuǎn)至擬合的準焦位置處，采集圖像。
【主權(quán)項】
1.一種行星表面物質(zhì)就位探測的自動調(diào)焦顯微成像系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)包括照明單元、顯微成像單元、圖像采集單元、調(diào)焦傳動單元、上位機單元； 所述照明單元與顯微成像單元位于同一光路，顯微成像單元包括顯微鏡物鏡、鏡筒；調(diào)焦傳動單元是齒輪外噬合傳動裝置，其設(shè)置方向與照明單元垂直，該單元將齒輪的傳動，轉(zhuǎn)化成顯微鏡筒的移動； 圖像采集單元與顯微鏡筒在同一光路，圖像采集單元與調(diào)焦傳動單元連接； 上位機單元對采集到圖像的清晰度評判，擬合調(diào)焦曲線，并發(fā)送調(diào)焦指令，控制整個系統(tǒng)處于準焦?fàn)顟B(tài)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的行星表面物質(zhì)就位探測的自動調(diào)焦顯微成像系統(tǒng)，其特征在于:所述調(diào)焦傳動單元包括主動輪、從動輪、磁珠、電機以及霍爾傳感器；電機驅(qū)動主動輪帶動從動輪傳動;磁珠設(shè)置在從動輪上，磁珠與霍爾傳感器用來標定齒輪傳動時的起點位置；從動輪連接顯微鏡筒和圖像采集單元。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的行星表面物質(zhì)就位探測的自動調(diào)焦顯微成像系統(tǒng)，其特征在于:所述圖像米集單兀是CCD相機。
【文檔編號】G02B21/36GK106094193SQ201610607155
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月28日 公開號201610607155.0, CN 106094193 A, CN 106094193A, CN 201610607155, CN-A-106094193, CN106094193 A, CN106094193A, CN201610607155, CN201610607155.0
【發(fā)明人】陶金有, 葛偉, 王淵博, 楊建峰
【申請人】中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所