一种高速显微图像采集方法技术

本发明专利技术提供一种高速显微图像采集方法，显微图像采集装置包括步进载物台、显微镜筒、工业相机和频闪头和工控机；步进载物台用于装载玻片，在步进载物台设有x轴步进电机和y轴步进电机；发送频闪脉冲信号至频闪头；同步发送曝光脉冲信号至工业相机；频闪头闪光的同时，工业相机曝光获取当前视野图像数据；存储图像数据并根据坐标进行拼接；通过以上步骤实现显微图像高速采集。采用基于矩形视野连续扫描的图像采集方案，配合频闪头提高图像采集照度的方案，在确保图像采集精度的前提下，大幅提高了图像采集效率，图像采集时间降低到60~120秒。图像采集时间降低到60~120秒。图像采集时间降低到60~120秒。

【技术实现步骤摘要】
一种高速显微图像采集方法


[0001]本专利技术涉及显微图像采集领域，特别是一种高速显微图像采集方法。

技术介绍

[0002]细胞和组织病理图像识别技术被认为是权威和明确的诊断手段，但是细胞和组织病理图像识别技术的检测流程冗长，包括采样、制片、样本显微图像采集，图像拼接和图像识别等过程。在全人工的时代，一位病理医师一天仅能完成个位数的诊断。这远不能满足用户的需求。现有的诊断流程有一处瓶颈即在于显微图像扫描的设备昂贵且耗时较长。国外技术中Dr.Weinstein与美国D Metrix科研开发队伍一起合作开发了一套病理诊断产品快速数字切片显微扫描仪DX
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40。采用集成80个显微镜同时进行扫描的方案，能够实现40张每小时的处理速度。但是该结构非常复杂，导致价格高昂。申请人在之前开发了一系列微型的显微图像采集装置，例如CN110794569A细胞微型显微图像采集装置及图像识别方法。虽然通过人工智能拼接和识别的方案，采用该设备完成单个玻片图像采集和运算仍需要大约2个小时，主要的技术瓶颈还是在于图像扫描采集的方式主要是断续采集，即在每个视野需要增加一个停止位，等待镜头曝光，完成一个1200视野的玻片采集需要约20分钟，效率较低，随着细胞和组织病理图像识别技术的普及用户越来越多，现有设备的工作效率限制了该技术的发展。美国专利US8755579A记载了一种全自动快速显微镜载玻片扫描仪，采用了连续线扫描实时拼接的方案，大幅提高了采集速度。但是该技术路线对设备的精度要求极高，否则拼接的显微图像误差较大，没有辅助诊断价值。现有市场上也较少针对线性扫描仪的专用镜头，这导致该设备的成像质量和成本呈指数级增加。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是提供高速显微图像采集方法，能够大幅提高采集图像的速度，且基本采用成熟的零配件，且能够保障扫描图像质量。能够对采集的图像进行位置或成像质量的修正，降低对高精度零部件的要求。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种高速显微图像采集方法，显微图像采集装置包括步进载物台、显微镜筒、工业相机和频闪头和工控机；步进载物台用于装载玻片，在步进载物台设有x轴步进电机和y轴步进电机；控制方法的步骤为：S1、根据视野的范围计算步进脉冲信号的数量；S2、在视野范围内取值步进脉冲信号周期之和作为频闪周期；S3、向步进电机连续发送步进脉冲信号；S4、第一个视野取1/2频闪周期发送频闪脉冲信号至频闪头；同步发送曝光脉冲信号至工业相机；频闪头闪光的同时，工业相机曝光获取当前视野图像数据；S5、后续视野按频闪周期发送频闪脉冲信号至频闪头；
同步发送曝光脉冲信号至工业相机；频闪头闪光的同时，工业相机曝光获取当前视野图像数据；S6、存储图像数据并根据坐标进行拼接；通过以上步骤实现显微图像高速采集。
[0005]优选的方案中，步骤S1中，视野的范围是指玻片上单次曝光图像数据所对应的物理尺寸，包括x向长度和y向长度；x向长度的步进脉冲信号的数量≤x向视野长度/(单个步进脉冲转角/360)
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x轴螺杆螺距；y向长度的步进脉冲信号的数量≤y向视野长度/(单个步进脉冲转角/360)
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y轴螺杆螺距；优选的方案中，步骤S2中，频闪周期包括x向频闪周期和y向频闪周期，x向频闪周期是x向长度的步进脉冲信号周期之和，y向频闪周期是y向长度的步进脉冲信号周期之和。
[0006]优选的方案中，步骤S3中，步进载物台的扫描路径为“S”形，即玻片与显微镜0）相对沿x向遍历移动一行，然后沿y向换到下一行，再遍历当前行，以此类推完成玻片图像数据采集。
[0007]优选的方案中，频闪脉冲信号的宽度大于曝光脉冲信号的宽度；即频闪头发光的时间大于曝光时间。
[0008]优选的方案中，频闪头的照度为 50000lx~100000lx步进载物台步进速度是17~20ms/视野，显微镜筒的数值孔径为0.5~0.75，工业相机的曝光时间为10~25微秒。
[0009]优选的方案中，频闪头的结构为，LED光源与开关元件的输出端电连接，开关元件的控制端与控制器电连接，开关元件的输入端与电源电连接。
[0010]优选的方案中，在步进载物台设有x轴行程传感器，用于校验底座与x向座之间的频闪间相对位移，若检测出误差，则将误差值发送存储，作为后续图像拼接时的x向修正值；在步进载物台设有y轴行程传感器，用于校验x向座与y向座之间的频闪间相对位移，若检测出误差，则将误差值发送存储，作为后续图像拼接时的y向修正值。
[0011]优选的方案中，步骤S6中，拼接时包括以下步骤：S61、将预设视野线框拼接成完整视野；将视野图像以像素为单位转换为现实尺寸；S62、首行在先两个视野中，在先的视野图像以居中对齐的方式填充至视野线框，在后的视野图像以在先视野图像为基准，在x向以叠加对齐运算填充至在后的视野线框，储存视野图像中心与视野线框之间的x向偏移值作为后续视野图像的x向填充修正参数；S63、将x向修正值分配至每个对应视野，将填充修正参数与当前的x向修正值求和，得出在后视野图像的填充参数；S64、换行时，以在先行的先视野图像为基准，在y向以叠加对齐运算填充至在后行的视野线框，储存视野图像中心与视野线框之间的y向偏移值作为后续视野图像的y向填充修正参数；S65、将y向修正值分配至每个换行的对应视野，将填充修正参数与当前的x向修正值求和，得出在后换行视野图像的填充参数；通过以上步骤实现视野图像的快速拼接。
[0012]优选的方案中，还设有光补偿传感器，在步骤S4和S5中，根据曝光脉冲信号同步获取光补偿传感器采集的频闪光的照度值，在步骤S6中，将与各个视野对应的频闪光的照度值求平均值，得出各个视野的频闪光的照度值与平均值的差值，与预设的照度值误差范围进行比较，若超出，则对当前视野图像的亮度值进行补偿调节。
[0013]本专利技术提供的一种高速显微图像采集方法，通过采用上述的技术方案，与现有技术相比，具有以下有益效果：1、本专利技术采用基于矩形视野连续扫描的图像采集方案，配合频闪头提高图像采集照度的方案，在确保图像采集精度的前提下，大幅提高了图像采集效率，图像采集从之前的20分钟以上，降低到60~120秒(与视野数量相关)。如图8中所示，1392视野，即29
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48视野的图像，扫描和拼接完成时间仅71秒，达到国际领先水平。
[0014]2、通过采用连续行走+频闪的方案，显微镜筒中能够采用更小的孔径数值，使采集的图像具有更深的视野，提高衍射极限图像精度，图像边缘变形和色散更小。
[0015]4、采用频闪的方式，因为工作时长较短，降低了照明光源的散热压力，能够采用更大功率的LED光源，本专利技术的LED光源优选的工作照度为。
[0016]5、采用开环控制配合后期误差值修正的方案，在确保拼接精度的基础上进一步提高了采集速度。
[0017]6、设置的光补偿传感器，能够在后期通过照度补偿实现各个视野之间的照度统一，克服了频闪工作方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速显微图像采集方法，其特征是：显微图像采集装置包括步进载物台、显微镜筒（10）、工业相机（33）和频闪头（15）和工控机（2）；步进载物台用于装载玻片（31），在步进载物台设有x轴步进电机（24）和y轴步进电机（18）；控制方法的步骤为：S1、根据视野（100）的范围计算步进脉冲信号的数量；S2、在视野范围内取值步进脉冲信号周期之和作为频闪周期（36）；S3、向步进电机连续发送步进脉冲信号；S4、第一个视野（100）取1/2频闪周期（36）发送频闪脉冲信号至频闪头；同步发送曝光脉冲信号至工业相机；频闪头闪光的同时，工业相机曝光获取当前视野（100）图像数据；S5、后续视野（100）按频闪周期（36）发送频闪脉冲信号至频闪头；同步发送曝光脉冲信号至工业相机；频闪头闪光的同时，工业相机曝光获取当前视野（100）图像数据；S6、存储图像数据并根据坐标进行拼接；通过以上步骤实现显微图像高速采集。2.根据权利要求1所述的一种高速显微图像采集方法，其特征是：步骤S1中，视野（100）的范围是指玻片（31）上单次曝光图像数据所对应的物理尺寸，包括x向长度和y向长度；x向长度的步进脉冲信号的数量≤x向视野长度/(单个步进脉冲转角/360)
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x轴螺杆螺距；y向长度的步进脉冲信号的数量≤y向视野长度/(单个步进脉冲转角/360)
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y轴螺杆螺距。3.根据权利要求2所述的一种高速显微图像采集方法，其特征是：步骤S2中，频闪周期（36）包括x向频闪周期和y向频闪周期，x向频闪周期是x向长度的步进脉冲信号周期之和，y向频闪周期是y向长度的步进脉冲信号周期之和。4.根据权利要求2所述的一种高速显微图像采集方法，其特征是：步骤S3中，步进载物台的扫描路径（200）为“S”形，即玻片（31）与显微镜0）相对沿x向遍历移动一行，然后沿y向换到下一行，再遍历当前行，以此类推完成玻片（31）图像数据采集。5.根据权利要求1所述的一种高速显微图像采集方法，其特征是：频闪脉冲信号的宽度大于曝光脉冲信号的宽度；即频闪头（34）发光的时间大于曝光时间。6.根据权利要求1或5所述的一种高速显微图像采集方法，其特征是：频闪头（34）的照度为 50000lx~100000lx步进载物台步进速度是17~20ms/视野，显微镜筒（10）的数...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹得华，李诚，曾文超，沈涛，龙莉，庞宝川，
申请(专利权)人：武汉兰丁智能医学股份有限公司，
类型：发明
国别省市：