专利名称：一种基于嵌入式系统的数码显微镜的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种数码显微镜，特别是涉及一种基于嵌入式系统的数码显微镜。
技术背景在传统显微镜实现电子信息数码显微镜的过程中，必须解决对光学图像信号转化成 数字图像信号，提供给计算机进行一系列的处理。虽然目前国内外研究生产数码显微镜的厂商不少，但绝大多数的电子控制部分采用 了 CMOS图像传感器和数字信号处理器DSP组成为主，外接标准的显示设备，如电脑 显示器、监视器等。例如公告号为CN1282939(专利号为ZL 200310111011.9)的中国 发明专利《直接显示的数字化显微镜的嵌入式图像处理方法及装置》中公布的数字化显 微镜的嵌入式图像处理装置，就是采用DSP数字信号处理器构架实现的。由于DSP架 构的限制，使其欠缺灵活性，二次开发难度较大，不容易添加新的功能；同时由于拍摄 的图片或视频主要取决DSP图像处理的软件算法，从而导致不同的算法对图像的质量 影响很大；DSP处理器代码效率不高，且功耗较大。外接标准的显示设备实现显示功 能。使上述方法具有体积庞大、成本较高且电线电缆较多功能单一等不足，大大制约了 这类数码显微镜的推广应用。实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是克服上述现有数码显微镜技术的不足，提供一种 处理功能强大并可以对图像进行实时观察和动态标定的基于嵌入式操作系统的数码显 微镜。本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为该基于嵌入式系统的数码显微 镜，包括显微镜主体、图像信息采集单元、图像信息处理单元及与该图像信息处理单元 相连的图像显示单元，所述图像信息处理单元包括具有图像信号处理模块的微处理器和 用来储存处理后的图像信号的存储器，其特征在于所述微处理器为装载有嵌入式操作 系统的微处理器，并且该微处理器还具有图像实时测量和动态标定处理模块。由于装载有嵌入式操作系统的微处理器具有良好的人机界面，处理功能强大，并且 容易扩展新功能，并且包含的图像实时测量和动态标定处理模块可以对图像进行实时观 察、测量还能动态进行标定。这里图像实时测量和动态标定处理模块的处理过程为首先通过图像传感器将图像信号实时采集过来，然后需要进行标尺标定，在动态数字图像上叠加标定尺，配合物理 标尺，测定系统的标定值；最后根据事先保存的标定值，在动态数字图像绘制测量工具， 如十字刻度尺，对物体进行测量。这样，采集来的图像信息就可以在微处理器内进行实 时测量和分析，然后对图像进行动态标定，送到图像显示单元后，就可以用来直接观看。 为了方便使用者查看图像显示单元，作为改进，所述图像显示单元的背部固定有支 撑杆，所述显微镜主体上方设有供所述支撑杆插入的安装孔。这样，图像显示单元就可 以插入式安装于显微镜上方，拆卸安装方便，同时还能在需要的时候将图像显示单元拆 下来观察。为了与图像显示单元连连接，所述图像信息处理单元还包括有一视频D/A转换器、 VGA接口、 RCA接口，所述视频D/A转换器与所述微处理器相连，所述VGA接口、 RCA接口均与所述D/A转换器相连。这里，图像显示单元通过两边带有插头的电缆与所述图像信息处理单的VGA接口 相连。这样，上述的解压缩后的图像信息通过视频D/A转换器转化成模拟信号经过VGA、 RCA接口输出，外部可以接标准VGA接口或者RCA接口的显示设备，方便显微镜应 用于各种场合的观察及测量。为了与外界设备进行扩展通讯，所述图像信息处理单元还包括有至少一种以下接口 之一或其组合以太网接口， USB接口、 SD卡接口和无线网络接口。其中，以太网接口和无线网络接口可以支持多台显微镜间或显微镜和PC间的互相 通讯和资源共享，方便实现教学互动功能，并且无线网络接口避免了烦琐的布线工程， 方便应用于教学互动等领域。而USB接口则可以实现USB接口的鼠标或其他USB外 设就可以和微处理器进行通讯。为了将压縮后的图像信息进行外部存储，所述图像信息 处理单元还包括有SD卡接口 ，该SD卡接口与所述微处理器相连。所述图像信息处理单元还包括有音频输入接口和音频输出接口，该频输入接口和音 频输出接口均与所述微处理器相连。这样，使用者在观察实时图像的同时还能听到实时 语音。为了更好与嵌入式操作系统进行数据交互，所述图像信息显示单元为触摸型TFT LCD显示器。最后，所述微处理器为具有MPEG—4的硬件编解码处理模块的微处理器。这样， 图像信息在处理过程当中，就会具有较好的处理效率。与现有技术相比，本实用新型的优点在于通过在微处理器为装载嵌入式操作系统， 并且在微处理器内设置图像实时测量和动态标定处理模块，其处理能力强大，并可以对 图像进行实时观察和动态标定，容易扩展新功能，还可以对图像进行实时观察、测量， 还能动态进行标定；处理信息的效率高，功耗小。 '
图1为本实用新型实施例的立体结构示意图；图2为图1中图像显示单元3从显微镜主体1上拆开以后的立体结构示意图； 图3为基于嵌入式系统的数码显微镜的模块框图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。如图1 2所示的基于嵌入式系统的数码显微镜，包括显微镜主体1、图像采集单元、 图像信息处理单元及与该图像信息处理单元相连的图像显示单元3，图像信息处理单元 安装在显微镜主体1内，而图像显示单元3的背部固定有支撑杆31，显微镜主体1上方 设有供支撑杆31插入的安装孔11。图像显示单元3以插接的方式安装在显微镜主体1 的上方。本实施例中，图像显示单元3采用8.4英寸的TFT LCD显示器，可以方便用户观察， 而8.4英寸的TFT LCD显示器通过两边带有插头的电缆4与图像信息处理单元相连。当 用户需要将图像显示单元3取下观察时，可以方便地直接将TFT LCD显示器取下，而 不会产生影响，拆装非常方便。这里TFTLCD显示器的背部与支撑杆31之间还可以连 接一个滚动体，以实现上述显示器在垂直方向上作90。 -120°范围内任意角度的顿斜， 可以方便用户在不同角度进行观察。图像采集单元则采用将光信号转换成数字图像信号的CMOS图像传感器，通过专用的连接接口将数字图像信号传输到图像信息处理单元。而图像信息处理单元由具有数字图像信号处理模块的微处理器、用来储存处理后的 数字图像信号的存储器、以及各类IO接口组成，参见图3所示。微处理器采用基于ARM9内核的微处理器；存储器有数据存储器SDRAM、 NANDFLASH存储器；各类10接口包括有外部存储器SD插座、视频D/A转换器、VGA、 RCA模拟视频接口、 USB2.0接口、音频模块、TFTLCD带触摸功能的显示屏幕、以太 网接口、 WLAN无线网络模块。上述图像显示单元3就是通过两边带有插头的电缆与 VGA接口相连。上述基于ARM9内核的微处理器，它包含指令Cache和数据Cache,具有任务通信 模块(TCM)接口，内存管理单元(MMU)，内装载有嵌入式操作系统，这里嵌入式操 作系统可以为Windows ce或Linux嵌入式操作系统；这种嵌入式操作系统支持多线程、 开发者定制操作系统内核，方便实现系统增加新的功能。并且基于ARM9内核的微处理 器内设有数字图像信号处理模块、图像实时测量和动态标定的处理模块、视频预处理模 块，数字图像信号处理模块为其内部的一个支持MPEG-4格式的硬件全双工编解码器， 该硬件全双工编解码器可以对动态采集的图像进行压缩及解压缩；而图像实时测量和动态标定处理模块则在动态数字图像上叠加标定尺，配合物理标尺，测定系统的标定值， 然会根据事先保存的标定值，在动态数字图像绘制测量工具，如十字刻度尺，对物体进 行测量；视频预处理模块则实现了 Bayer插值、色度空间转换、图像缩放、白平衡、Gamma 校正、ADNR去噪、亮度、饱和度、对比度调节等处理，从而提高图像拍摄质量；经预 处理后的数字图像信号利用图像实时测量和动态标定处理模块进行视频字符叠加实现 在动态的图像上叠加测量标尺和十字线等测量工具图形进行测量功能，支持USB鼠标 或触摸屏操作。叠加后的数字图像信号通过嵌入式微处理器的LCD控制器输出至TFT LCD实现高分辨率的真彩色显示，同时可以实现对数字图像信号的压縮成图像或视频文 件并储存在NANDFLASH或外部SD卡储存器中；另外嵌入式操作系统支持对储存的 图像视频文件浏览、播放功能。视频D/A转换器的作用是把上述数字图像信号转换成模 拟信号输送至VGA、 RCA接口，支持外部扩展的显示设备。上述经处理后的图像数据 可以通过以太网接口或者WLAN的WIFI模块实现多台显微镜的联网，方便的实现资源 共享和教学互动功能。CMOS图像传感器通过电缆与像信息处理单元相连，这里采用的电缆为HDMI连接 线，因为HDMI连接线支持5Gbps的数据传输率，最远可传输达15米，同时还解决了 CMOS图像传感器和显微镜主体连接线在高速数据传输过程中的EMI (电磁干扰)和 EMC (电磁兼容性)问题。图像信息处理单元中的以太网接口和无线WLAN模块的设置，可以支持多台显微 镜间或显微镜和PC间的互相通讯和资源共享，方便实现教学互动功能。这里无线WLAN 模块采用了正EE802.11b/g协议的wi-fi模块，支持无线局域网或者访问外部Internet, 避免烦琐的布线工程，实现多台显微镜无线联网，方便应用于教学互动等领域。图像信息处理单元中的VGA接口、 USB接口、 SD卡接口、 RCA接口可以使本实 用新型的数码显微镜与外部设备进行扩展通讯。外部存储器SD插座、视频D/A转换器、VGA、 RCA模拟视频接口、 USB2.0接口、 音频模块、TFT LCD带触摸功能的显示屏幕、以太网接口、 WLAN无线网络模块，可 以使本实用新型的数码显微镜与外部设备进行扩展通讯。另外，由于有嵌入式操作系统友好的人机界面，通过USB接口还可以实现USB鼠 标对嵌入式操作系统的操作。基于嵌入式系统的数码显微镜的运行过程上电后，嵌入式微处理器先开始对外围 模块设备进行初始化，然后启动嵌入式操作系统Windows ce或者Linux,基于该操作系 统平台下完成对图像信号的采集、预处理、OSD字符叠加、MPEG-4硬件编码、存储、 输出等操作。CMOS图像传感器把光信号转换成帧同步信号、行同步信号、象素点时钟 信号输入至嵌入式微处理器(基于ARM9内核)，经嵌入式微处理器处理后数字图像信 号输出至TFT LCD显示器实现24bit真彩色高分辨率显示(支持不同的LCD尺寸和分辨率)；同时经硬件MPEG-4编解码器编码压縮并储存到内部NANDFLASH或者外部 SD卡存储器上；采用动态图像测量软件实现在不同放大倍率下标尺的标定和对数字图 像的实时测量功能，并且可以对测量的图像数据保存以及浏览；图像数据支持通过以太 网接口或者WLAN的WIFI模块实现多台显微镜的联网，方便的实现资源共享和教学互 动功能。
权利要求1、一种基于嵌入式系统的数码显微镜，包括显微镜主体、图像信息采集单元、图像信息处理单元及与该图像信息处理单元相连的图像显示单元，所述图像信息处理单元包括具有图像信号处理模块的微处理器和用来储存处理后的图像信号的存储器，其特征在于所述微处理器为装载有嵌入式操作系统的微处理器，并且该微处理器还具有图像实时测量和动态标定处理模块。
2、 根据权利要求1所述的基于嵌入式系统的数码显微镜，其特征在于所述图像 显示单元的背部固定有支撑杆，所述显微镜主体上方设有供所述支撑杆插入的安装孔。
3、 根据权利要求1所述的基于嵌入式系统的数码显微镜，其特征在于所述图像信息处理单元还包括有一视频D/A转换器、VGA接口、 RCA接口，所述视频D/A转换 器与所述微处理器相连，所述VGA接口、 RCA接口均与所述D/A转换器相连。
4、 根据权利要求3所述的基于嵌入式系统的数码显微镜，其特征在于所述图像 显示单元通过两边带有插头的电缆与所述图像信息处理单元的VGA接口相连。
5、 根据权利要求1所述的基于嵌入式系统的数码显微镜，其特征在于所述图像 信息处理单元还包括有至少一种以下接口之一或其组合以太网接口， USB接口、 SD 卡接口和无线网络接口。
6、 根据权利要求1所述的基于嵌入式系统的数码显微镜，其特征在于所述图像信息处理单元还包括有音频输入接口和音频输出接口，该频输入接口和音频输出接口均 与所述微处理器相连。
7、 根据权利要求1所述的基于嵌入式系统的数码显微镜，其特征在于所述图像信息显示单元为触摸型TFT LCD显示器。
8、 根据权利要求1所述的基于嵌入式系统的数码显微镜，其特征在于所述微处 理器为具有MPEG—4的硬件编解码处理模块的微处理器。
专利摘要本实用新型涉及一种基于嵌入式系统的数码显微镜，包括显微镜主体、图像信息采集单元、图像信息处理单元及与该图像信息处理单元相连的图像显示单元，所述图像信息处理单元包括具有图像信号处理模块的微处理器和用来储存处理后的图像信号的存储器，其特征在于所述微处理器为装载有嵌入式操作系统的微处理器，并且该微处理器还具有图像实时测量和动态标定处理模块。与现有技术相比，本实用新型的优点在于通过在微处理器为装载嵌入式操作系统，并且在微处理器内设置图像实时测量和动态标定处理模块，其处理能力强大，容易扩展新功能，还可以对图像进行实时观察、测量还能动态进行标定；处理信息的效率高，功耗小。
文档编号H04N7/26GK201218869SQ20082012157
公开日2009年4月8日 申请日期2008年7月17日 优先权日2008年7月17日
发明者旭 吴, 杜群锋, 鸣 杨 申请人:宁波永新光学股份有限公司