专利名称：一种数码互动显微镜及其控制方法
技术领域：
本发明涉及显微镜，具体涉及一种数码网络显微镜及其操作控制方法。
背景技术：
目前光学显微镜实验室教学中存在的主要问题是不能够实现实验教学真正意义上的互动，即教师和学生不能同步的对显微镜的视频图像和光学图像进行一系列的动作；教师不能及时的对每个学生的显微镜操作和图像观察进行指导；教师和学生不能在教与学的过程中对观察到的图像及时的相互反馈和传输；学生不能保存和共享显微镜下的图像；教师不能做到对学生用显微镜进行实时监控等等。
在医学形态实验室中装备的每台数码互动显微镜都配有一台电脑，在实验教学中存在的问题是学生在观察图像时，过多关注的是电脑上的图像，并未通过显微镜目镜筒进行观察，学生的动手操作能力未得到有效锻炼和提高，学生可能会因为实验操作的无聊，操作电脑来消遣。在传统显微镜实现数字化的技术环节中，必须解决直接采集光学图像的数字信号，并且在显示屏上直接显示等一系列问题。人们曾经尝试采用特殊摄像机加特殊数字化设备并借助于计算机实现上述功能。虽然目前国内外研究生产数码显微镜的厂商不少，但开发的产品以在传统显微镜上增加摄像机和计算机为主，这种方式的产品一方面成本较高，另一方面使用起来不太方便，因为总是需要一台计算机连着，不但体积庞大，连接的电线电缆也很多。因此，到目前为止真正意义上的数码显微镜还没有出现。
在申请号为02113054.X、名称为网络式自动显微镜的中国专利申请中，公开了一种近程、远程图像传输以及处理和显微镜各个机构的运动控制方法以及实现该方法的装置，该显微镜通过设置网络通讯模块、图像处理模块、无线发射模块，以及电机控制模块的显微镜，接收计算机或PDA发出的操作指令，可以采集、储存、无线传播以及实现远程共享图像，但该显微镜的技术方案没能解决显微镜实验室局域联网、内置主机和显示屏以及资源其享等技术问题，另外在一定程度上还是依靠了计算机，没能最终解决显微镜内置主机、内部联网实现数码互动和成本过高的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提供一种数码互动显微镜，该显微镜能克服现有技术中存在的上述缺陷，即解决现有的显微镜实验室系统中无法实现真正意义上的互动的技术问题，将网络技术同电子技术充分运用于光学显微技术领域，集多种功能于一体，实现在显微镜内部实现局域联网和真正意义上的数码互动，使显微镜的操作过程电子化、生动化、科学化，为显微镜使用者特别是显微镜实验室提供了一个新型的实验互动平台，并在一定程度上节约了成本，适于大规模生产。
本发明所提出的技术问题是这样解决的一种数码互动显微镜，包括光学显微镜和设置于光学显微镜内部的摄像装置，其特征在于，所述光学显微镜内部设置有单机信息处理器和图像显示装置，所述单机信息处理器由微处理模块、图像传感模块、图像处理模块、电源模块、输入输出模块和存储模块构成，所述图像显示装置主要由图像切换装置和微型彩色显示屏构成并设置在目镜入射口端。
按照本发明所提供的数码互动显微镜，其特征在于，所述单机信息处理器硬件配置主要由微处理器、数字图像传感器、数据处理器、液晶显示器、数据存储单元和通信接口组成。
按照本发明所提供的数码互动显微镜，其特征在于，所述数字图像传感器，内设有数字图像转化装置，可将一次实像转化为数字图像信号；所述的图像处理器主要有DPS和CPU组成，该CPU内部存储有控制模块；所述数据存储单元可以存储所述数据处理器采集、处理的临时数字图像信号、中间运算结果、最终运算结果；所述输出输入模块设有网络交换机微型键盘和鼠标。
按照本发明所提供的数码互动显微镜，其特征在于，所述的数据处理单元通过数据线分别与所述的图像传感器、液晶显示器、数据存储单元和通信接口连接。
按照本发明所提供的数码互动显微镜，其特征在于，所述图像切换装置由平面镜和转轴构成，所述转轴穿过平面镜的中心线位置，所述平面镜可以分为左右两部分并且分别可以沿转轴旋转；所述彩色显示屏也可设置于显微镜壳体外。
按照本发明所提供的数码互动显微镜，其特征在于，还包括由成像镜头、分光棱镜和镜筒组成的二次成像装置，该装置可将分光棱镜引出的一次实像二次成像到数字图像传感器。
按照本发明所提供的数码互动显微镜，其特征在于，所述的数字图像传感器是可以是CCD数字图像传感器，也可以是CMOS数字图像传感器。
按照本发明所提供的数码互动显微镜，其特征在于，所述单机信息处理器的微处理模块还可设有控制模块视频模块，该模块可以单路或多路的方式显示本机和其他联网用机的实时图像；视频回放模块，该模块能打开视频模块处理过的文件数据，回放视频录像；课堂交流模块，该模块能实现在实验课堂上教师和学生的相互交流工作；监控模块，该模块可通过网络交换机巡视其他联网显微镜的当前画面，监控其操作行为；实验信息管理模块，该模块通过实验数据库平台对显微镜实验室的教学信息进行系统管理；接受视频模块，该模块可以接受其他联网显微镜的输入图像；一种实施本实用新型所提供的数码互动显微镜的控制方法，其特征在于，A、在光学显微镜的物镜后边设置二次成像装置；B、入射光线通过二次成像装置的分光棱镜分为两束，一束光通过图像切换装置的平面镜直接反射到目镜，供本机观测者直接观察光学图像；C、另一束光线进入摄像装置，通过数字图像传感器进入图像处理器转化为视频图像，该视频图像可通过微处理模块存储在存储器里；D、所述视频图像可直接在本机的显示屏上显示；E、所述视频图像可根据操作需要通过网络交换机传输到其他联网显微镜的显示屏上；F、通过调节图像切换装置的平面镜左半部分或右半部分，其他观测者便可通过目镜观察视频图像；G、观测者可通过图像切换装置，对比观测本机光学图像和其他显微镜的视频图像；H、通过输入模块，观测者可完成记录、显示、处理、保存、传输、数据共享和点对点数据交换操作。
本发明所提供的数码互动显微镜，在一般光学显微镜内设置了单机信息处理器、图像显示装置、二次成像装置和图像切换装置，能够不连接计算机，完成局域网及因特网联网工作，本发明还采用CCD数字图像传感器或CMOS数字图像传感器，不仅功耗少，而且直接获得数字图像，避免了一般视频摄像机信号和格式转换带来的各种误差，图像清晰稳定；本发明将图像数字转换、记录、显示、处理、保存和传输功能于一体，即方便了观察，又方便了记录和交换数据，通过通信接口可很方便地与外部设备和网络进行数据交换；真正解决了光学图像和视频图像在显微镜内部切换和实验室内显微镜不通过外部计算机直接联网实现互动等问题。
综上述，本发明所提供的数码互动显微镜，将网络技术同电子技术充分运用于光学显微技术领域，集多种功能于一体，实现在显微镜内部实现局域联网和真正意义上的数码互动，使显微镜的操作过程电子化、生动化、科学化。
图1是本发明所提供的数码互动显微镜的结构方框图；图2是本发明所提供的数码互动显微镜的单机信息处理器的逻辑框图；图3是本发明所提供的数码互动显微镜观测光学图像的结构示意图；图4是本发明所提供的数码互动显微镜观测视频图像的结构示意图；图5是本发明所提供的数码互动显微镜的控制模块中的教师视频模块框图；图6是本发明所提供的数码互动显微镜的控制模块中的视频回放模块框图；图7是本发明所提供的数码互动显微镜的控制模块中的监控模块框图；图8是本发明所提供的数码互动显微镜的控制模块中的接受视频模块框图；图9是本发明所提供的数码互动显微镜的控制模块中的课堂交流模块框图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明所提供的数码互动显微镜作进一步的说明。
图1是本发明所提供的数码互动显微镜的结构示意图，图2是单机信息处理器的逻辑框图。该数码互动显微镜包括有一般光学显微镜、内置光学显微镜内的单机信息处理器以及摄像机、可外置或内置的显示屏、分光棱镜以及旋转平面镜等。其中单机信息处理器有以下几大模块微处理模块、图像传感模块、图像处理模块、电源模块、输入输出模块和存储模块；单机信息处理器的硬件设备由电源以及与电源连接的数字图像传感器、数据处理单元、液晶显示器、数据存储单元和通信接口组成，数字图像传感器用于获取所述光学显微镜的分光棱镜引出的一次实像，并将一次实像转换为数字图像信号，数据处理单元由DSP和CPU组成，用于采集和处理所述数字图像传感器输出的数字图像信号，其中CPU内部存储有控制软件，用于对数字图像信号进行处理并且通过数据库管理实现对图像的查询、浏览、统计和打印功能，数据处理单元通过数据线分别与图像传感器、液晶显示器、数据存储单元和通信接口连接，数据存储单元，用于存储所述数据处理单元采集、处理的临时数字图像信号、中间运算结果、最终运算结果，液晶显示器用于指定显示图像和实时显示图像，通信接口用于与外部设备和网络进行数据交换，输入输出装置还设有键盘和鼠标。
图3是本发明所提供的数码互动显微镜观测光学图像的结构示意图，图4本发明所提供的数码互动显微镜观测视频图像的结构示意图。其中1、平面镜，2、摄像头，3、载波台，4、光源，5、目镜，6、入射光线，7、分光棱镜，8、物镜，9、显示屏。工作状态时，把要观察的载波片放置到载波台3上，打开光源4，入射光线经过物镜到达分光棱镜被分为两束光线，一束光通过图像切换装置的平面镜1直接反射到目镜5，供本机观测者直接观察光学图像，另一束光线进入摄像头2被拍摄下来，通过图像传感器传感和图像处理器进行处理，可通过操作把所得图像保存在存储器里，或者通过网络交换机把该视频图像传输到其他联网显微镜上面，供其他操作者观察或者对比图像。本发明提供的数码互动显微镜是通过一图像显示装置来完成光学图像和视频图像的切换问题图像显示装置主要由图像切换装置和微型彩色显示屏构成，显示屏设置在目镜入射口端的相应位置，图像切换装置主要由可以旋转的平面镜组成，当需要观察其他视频图像时，可以旋转平面镜到合适位置，即能把显示屏中的视频图像反射到目镜中，完成视频切换问题，能使观察者顺利观测到其他人观察到图像。更进一步，可以把平面镜分为左、右两部分，使显微镜的两个目镜同时能观测到视频图像和光学图像。另外显示屏还可以外置。
本发明所提供的数码互动显微镜其工作原理及控制方法如下由于在光学显微镜的物镜后边设置二次成像装置，可使入射光线通过二次成像装置的分光棱镜分为两束，一束光通过图像切换装置的平面镜直接反射到目镜，供本机观测者直接观察光学图像，另一束光线进入摄像装置，通过数字图像传感器进入图像处理器转化为视频图像，该视频图像可通过微处理模块存储在存储器里，所述视频图像即可直接在本机的显示屏上显示；又可根据操作需要通过网络交换机传输到其他联网显微镜的显示屏上，通过调节图像切换装置的平面镜左半部分或右半部分，其他观测者便可通过目镜观察该视频图像，观测者可通过图像切换装置，对比观测本机光学图像和其他显微镜的视频图像，通过输入输出模块，观测者可完成记录、显示、处理、保存、传输、数据共享和点对点数据交换操作。
结合现有的比较成熟的计算机网络技术，本数码互动显微镜在教学实验室领域的几项优化实施例如下在单个实验室数码显微镜系统由教师主控台、六十四台内嵌显示屏式数码互动显微镜和一台投影仪组成。其中教师主控台可以采用一般外设计算机联网的方式实现，总共六十五台显微镜和一台投影仪形成一个联网体系。各硬件设备情况如下1.显微镜本发明所提供的数码互动显微镜；2、.网络系统常用网络交换机3、投影仪。
整个实验室系统在教师主控台的控制下运行，实时传输和广播各个成像装置的活动图像，教师可监视各个学生显微镜的视频图像，监视学生机运动状态并对其操作行为进行控制，指导学生观察显微图像和各种操作过程，与学生进行图像及视频的互动式交流。教师主控机通过网络交换机对学生机进行控制，并与之进行数据交换，教师主控台中的数码显微镜的图像经过相应的画面处理器处理后送入教师主控机，由其根据需要进行相应的处理和调用；学生台中的数码显微镜采集的图像由分光棱镜进行分流，一束直接送入相应的学生机目镜，供学生机使用，另一路经相应的画面处理器处理后送入教师机，通过教师机的监控卡转化为数字信息供教师机使用。
如图5，教师视频模块该模块可以单路或多路的方式同时显示教师机和所有学生机的图像采集装置采集的实时图像，对图像能进行各种参数的调整、并能对图像进行存储或录像功能，还可将教师机图像采集装置采集的实时图像通过网络交换机以数字信息的方式传输到所有学生机。
当进入教师视频界面后，可对显示的通道进行选择，若选择某个单路通道，则画面显示整个该通道的内容，也可进行多路显示方式的选择，此时画面分别显示多路视频流的图像，可对显示的图像进行保存并可以对视频流进行录像。当通过输入装置接受图像后，便可在本机上接受到教师机上所有实时视频画面。
如图6，视频回放模块该模块能打开教师视频的录像功能的文件数据，回放视频录信息，方便师生对保存的视频信息能进行再现、比对或截取部分有价值图像。通过微型键盘或者鼠标点击视频回放功能界面，打开录像文件，开始回放视频，可对单路、或多路画面图像回放，在播放过程中可比对不同画面图像或截取一幅画面图像，视频画面生动形象，能增强教学效果。
如图7，监控模块该模块使教师机可通过网络交换机巡视所有学生机的当前画面、监控学生机的操作行为，能使所有的学生机处于黑屏肃静状态，可远程关闭所有学生机应用程序以及关闭所有学生机。教师机能通过网络系统巡视所有学生机的当前画面，在点击黑屏肃静功能后，所有的学生机画面成黑屏状态，键盘和鼠标都被锁住，不能动作，当教师机取消黑屏肃静后，学生机恢复原画面，鼠标和键盘能正常操作，可远程关闭所有学生机应用程序以及关闭所有学生机。
如图8，接受视频模块该模块在教师主控机视频模块的控制下开始视频广播，接收教师主控机的视频图像。当教师视频采集时并开始视频广播功能后，学生机就能实时地接收视频图像，可以保存一幅视频图像。
如图9，课堂交流模块该模块可使教师机和学生机可以进行交流，由以下方式实现教师机向学生机发布消息；教师机和学生机之间消息、的互送学生之间的交流；学生机可以实现电子举手功能，教师机具有处理学生问题的数据库平台。当教师端选择课堂交流子菜单后，便进入课堂交流平台，首先选择交流对象，这里教师可选择在线的任意多个学生，在信息框中输入相应的文字信息，点击发送按钮即可发送消息。同时教师可对学生的发送权限进行设置，分为对所有的学生和特定的学生。对所有的学生权限可分为以下几种不允许学生和学生间发送消息；不允许学生向所有的学生发送消息；不允许学生向老师发送消息。针对特定学生的有两个权限，不允许发送消息和指定不能相互发送消息的学生，当学生选择电子举手向教师提问时，教师点击该学生的名字便可进入回答问题平台，在选择可参与回答的对象后，便可对问题展开讨论。在学生端，学生可对自己以何种方式接受信息进行设置，设置有接收当前信息，接受所有发送过来的消息，拒绝接收当前信息，拒绝接收所有发送过来的信息等。当学生选择发送对象后，系统会判断该学生有无发送的权限，若有则可发送，若无，则会弹出对话框提示没有权限发送。当学生有问题时可点击举手菜单，在等教师应答后就可对该问题进行交流。
另外还可设置实验信息管理模块以及图像处理等模块，该实验信息管理模块通过实验数据库平台对实验室的教学信息进行系统管理。当教师端选择实验室信息管理子菜单后，进入实验室信息管理平台，可对班级信息、学生信息、实验信息和实验报告信息增加、修改、删除等操作，可根据各种条件查询实验信息记录，查询结果是实验的文字和图片内容，实验报告可自由定义个性化的风格模板，能自动打印实验报告的文字和图片。图像处理模块模块能对图像进行各种变换处理并对图像能进行箭头和文字的标注，对于显微镜下的图像在进行物镜倍数的选择后可对某一区域进行长度或面积的测量。在进入图像处理界面后，可选择各种图像处理方式锐化、柔化、反色、翻转等图像处理操作和图像分析操作，进行锐化、柔化、反色、翻转等图像也可恢复原图操作，图像分析操作标注和测量功能，可在某一区域选择文字和箭头标注并能调整文字和箭头的颜色和字体大小等参数，选取物镜倍数的条件，在某一区域进行规则图形如直线和矩形等以及不规则多边形图形的测量，测量结果的参数可调整。
权利要求
1.一种数码互动显微镜，包括光学显微镜和设置在光学显微镜内部的摄像装置，其特征在于，所述光学显微镜内部设置有单机信息处理器和图像显示装置，所述单机信息处理器由微处理模块、图像传感模块、图像处理模块、电源模块、输入输出模块和存储模块构成，所述图像显示装置主要由图像切换装置和微型彩色显示屏构成并设置在目镜入射口端。
2.根据权利要求1所述的数码互动显微镜，其特征在于，所述单机信息处理器硬件配置主要由微处理器、数字图像传感器、数据处理器、液晶显示器、数据存储单元和通信接口组成。
3.根据权利要求2所述的数码互动显微镜，其特征在于，所述数字图像传感器，内设有数字图像转化装置，可将一次实像转化为数字图像信号；所述的图像处理器主要有DPS和CPU组成，该CPU内部存储有控制模块；所述数据存储单元可以存储所述数据处理器采集、处理的临时数字图像信号、中间运算结果、最终运算结果；所述输出输入模块设有网络交换机和微型键盘和鼠标。
4.根据权利要求2所述的数码互动显微镜，其特征在于，所述的数据处理器通过数据线分别与所述的图像传感器、液晶显示器、数据存储单元和通信接口连接。
5.根据权利要求1所述的数码互动显微镜，其特征在于，所述图像切换装置由平面镜和转轴构成，所述转轴穿过平面镜的中心线位置，所述平面镜可以分为左右两部分并且分别可以沿转轴旋转；所述彩色显示屏也可设置于显微镜壳体外。
6.根据权利要求1-5任一所述的数码互动显微镜，其特征在于，还包括由成像镜头、分光棱镜和镜筒组成的二次成像装置，该装置可将分光棱镜引出的一次实像二次成像到数字图像传感器。
7.根据权利要求2-4任一所述的数码互动显微镜，其特征在于，所述的数字图像传感器是可以是CCD数字图像传感器，也可以是CMOS数字图像传感器。
8.根据权利要求1所述的数码互动显微镜，其特征在于，所述单机信息处理器的微处理模块还设有控制模块A、视频模块，该模块可以单路或多路的方式显示本机和其他联网用机的实时图像；B、视频回放模块，该模块能打开视频模块处理过的文件数据，回放视频录像；C、课堂交流模块，该模块能实现在实验课堂上教师和学生的相互交流工作；D、监控模块，该模块可通过网络交换机巡视其他联网显微镜的当前画面，监控其操作行为；E、实验信息管理模块，该模块通过实验数据库平台对显微镜实验室的教学信息进行系统管理；F、接受视频模块，该模块可以接受其他联网显微镜的输入图像；
9.一种实施权利要求1所述的数码互动显微镜的控制方法，其特征在于A、在光学显微镜的物镜后边设置二次成像装置；B、入射光线通过二次成像装置的分光棱镜分为两束，一束光通过图像切换装置的平面镜直接反射到目镜，供本机观测者直接观察光学图像；C、另一束光线进入摄像装置，通过数字图像传感器进入图像处理器转化为视频图像，该视频图像可通过微处理模块存储在存储器里；D、所述视频图像可直接在本机的显示屏上显示；E、所述视频图像可根据操作需要通过网络交换机传输到其他联网显微镜的显示屏上；F、通过调节图像切换装置的平面镜左半部分或右半部分，其他观测者便可通过目镜观察该视频图像；G、观测者可通过图像切换装置，对比观测本机光学图像和其他显微镜的视频图像；H、通过输入输出模块，观测者可完成记录、显示、处理、保存、传输、数据共享和点对点数据交换操作。
全文摘要
本发明公开了一种数码互动显微镜，包括光学显微镜和设置在光学显微镜内部的摄像装置，其特征在于，所述光学显微镜内部设置有单机信息处理器和图像显示装置，所述单机信息处理器由微处理模块、图像传感模块、图像处理模块、电源模块、输入输出模块和存储模块构成，所述图像显示装置主要由图像切换装置和微型彩色显示屏构成并设置在目镜入射口端。将网络技术同电子技术充分运用于光学显微技术领域，集多种功能于一体，实现在显微镜内部实现局域联网和真正意义上的数码互动，使显微镜的操作过程电子化、生动化、科学化。
文档编号G02B21/36GK1920610SQ20061002183
公开日2007年2月28日 申请日期2006年9月13日 优先权日2006年9月13日
发明者昝加禄, 张晓 申请人:成都医学院