高速大幅面顯微圖像採集系統的製作方法
2023-10-11 18:47:44 1
專利名稱：高速大幅面顯微圖像採集系統的製作方法
技術領域：
高速大幅面顯微圖像採集系統技術領域[0001]本實用新型涉及一種高速大幅面顯微圖像採集系統，具體地說是一種對列印或印刷文件、證件、印章、文物、圖書、生物圖像、醫學圖像、工件圖像進行快速的，整體顯微放大採集的裝置。
背景技術：
[0002]文件檢驗儀器用來鑑別文件(證件、印章、文物等)是否被偽造、塗改，以及對文件的來源進行認定。文件檢驗儀器對檢驗對象進行觀察分析的技術手段有多種，有的文件檢驗儀器在多波段光譜下觀察和分析檢驗文件的塗改痕跡，有的使用化學和光譜手段分析文件上墨水/墨粉的成分，有的文件檢驗儀器在放大鏡下顯微觀察檢驗文件的局部細節。通過在放大鏡下觀察檢驗文件顯微圖像，是最為常用的文件檢驗手段。許多需要檢驗的文件 (證件、印章、文物等)在肉眼觀察下相差不大，但在顯微鏡放大觀察下就顯現出明顯的差異。通過顯微放大觀察，不同印表機的列印文件在墨粉堆積密度，邊緣墨粉噴濺，邊緣平滑程度上都有明顯的差別，許多能夠描述列印文件個體特性的列印缺陷也只有在顯微放大下才能觀察到。一般辦公用掃描儀的高解析度圖片較模糊，達不到文件檢驗觀測的要求，因此必須利用顯微鏡頭進行文件檢驗觀測。但簡單的利用顯微放大鏡頭進行文件觀測存在多種問題。放大鏡頭視野小，雖然能觀察到較清晰的細節特徵，但一次只能觀察到文件中字符筆畫的一部分，文件檢驗人員無法觀察放大字符的整體形態，觀測圖像無法整體比較。部分研究人員對顯微圖像採集儀器進行改進，利用二維平移臺運載CXD攝像機連續採集局域顯微圖像，然後將局部顯微圖像拼接成整體放大圖像，這一方法能得到整體放大圖像，但平移臺移動及拼接會消耗大量時間。因此，需要研製操作簡便、自動化程度高、能夠快速採集大幅面顯微圖像的檢驗儀器來滿足文件檢驗行業的需求。發明內容[0003]為了克服現有顯微鏡觀察視野小的不足，本實用新型提供一種高速大幅面顯微圖像採集系統，是一種圖像整體高速放大掃描系統，實現對圖像的整體進行快速的顯微放大掃描。該系統用固定的光源照亮被測圖像，使被測圖像不受室內光線的影響；使用多個CCD 攝像機按固定矩陣排列在支架上，並通過支架置於載物臺上方；載物臺放置觀測文件後，各個CCD攝像機自動採集指定區域的顯微放大圖像，並將圖像保存到計算機中；最後將各個 CXD攝像機採集到的局部顯微放大圖像拼接成完整的整體圖像，以便從整體或不同的局部視覺來觀測圖像。[0004]實現本實用新型目的採用的技術方案是[0005]一種高速大幅面顯微圖像採集系統，該系統包括載物臺.計算機、支架杆，CXD攝像機.放大鏡頭和光源；支架杆固定在載物臺上，多個CCD攝像機按矩陣排列，且底座通過連接杆與支架杆連接，連接杆由萬向杆架固定在支架杆上，CCD攝像機鏡頭面向載物臺，所有CCD攝像機通過數據線與計算機連接，光源套在放大鏡頭的外圍，放大鏡頭和CCD攝像機3鏡頭通過卡口連接。[0006]所述的光源為環形LED光源，環形LED光源由多個白色的LED排成環形，套在放大鏡頭外部並用螺釘固定在放大鏡頭上。環形LED光源由多支白色的LED排成環形，以照亮被測圖像，使CCD攝像機採集區域光線均勻。LED光源配備獨立的電源，電源控制器可以調節LED的光照強度，以為圖像採集提供充足光線。顯微放大鏡頭接在CCD攝像機的前端，焦距可調。環形LED光源、放大鏡頭、CXD攝像機串行相連，CXD攝像機通過數據線與計算機連接。[0007]CXD攝像機按矩陣式等間隔排列，並水平等高的固定在支架上。CXD攝像機和放大鏡頭均為同一型號，且經過調製至同一解析度。C⑶攝像機陣列位置固定，各個CXD攝像機按相同間距矩陣式排列，各個CCD攝像機採集的局部顯微圖片邊緣有重疊部分，通過設定拼接點快速拼接成為整體顯微圖片。相鄰局部圖像的拼接點可以在設備初始化時測定，以後每次採集大幅面圖像時，不需要重新計算拼接點，相鄰局部圖像直接按設置的拼接點拼接，以大幅減少拼接時間，實現整體顯微圖像的快速採集。CXD攝像機通過數據線和USB 口與計算機相連，計算機可控制任意CCD攝像機採集圖像並保存。通過計算機軟體設置，來選擇採集圖片的CXD攝像機的位置和個數，可以調節顯微圖像採集區域的位置和大小。[0008]待觀測文件放置到載物臺後，計算機根據感興趣區域的大小選擇CCD攝像機的位置，控制CCD攝像機自動地依次採集局部顯微圖像；局部顯微圖像採集完畢後，計算機將採集到的局部放大圖像按設定拼接點拼接成整體顯微放大圖像，以實現從局部細節到整體的圖像多尺度觀測和分析檢驗。[0009]本實用新型對列印或印刷文件、證件、印章、文物、圖書、生物圖像、醫學圖像、工件圖像等進行整體高倍放大掃描，用於公共安全、法庭物證領域、圖像分析、生物醫學診斷、生產監控等領域。本實用新型結構簡單，使用方便，只需將待掃描圖像置於載物臺上，通過設置工作CXD攝像機的位置和數量，控制CXD攝像機依次採集相應位置文件的顯微放大圖像， 實現CCD攝像機對圖像的掃描，並將採集的顯微放大圖像存儲在計算機中，將連續採集的列印字符的多幅子區域圖像進行拼接，得到完整的字符放大圖像，實現從局部細節到圖像整體的多角度觀測。多個CCD攝像機採集的局部圖像拼接的方法，不僅抽取了大面積圖像的信息，而且按著頂拼接點拼接圖像，減少了計算時間，提高了拼接速度。[0010]本實用新型具有以下特點[0011]1)利用CCD攝像機陣列連續採集圖像的多幅子區域圖像，並進行快速拼接，得到整體放大圖像，實現從局部細節到圖像整體的多角度觀測。[0012]2)(XD攝像機陣列位置固定，圖像拼接可採用設定的固定拼接點，省略了圖像匹配過程，拼接消耗時間極少。[0013]3)可通過改進的圖像相關匹配算法對拼接點進行微調。由於C⑶攝像機陣列位置固定，拼接點搜索範圍小，耗時少。[0014]4)本實用新型實現了大幅面顯微圖像的快速採集。
[0015]
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步的說明。[0016]圖1為本實用新型的結構示意圖[0017]圖中1-載物臺，2-計算機，3-支架杆，4-萬向杆架，5-連接杆，6-C⑶攝像機， 7-放大鏡頭，8-光源，9-數據線。[0018]圖2為等間隔矩陣排列的CXD攝像機陣列示意圖[0019]圖3為CXD攝像機陣列採集到的相鄰部分重合的局部顯微圖像具體實施方式
[0020]本實用新型高速大幅面顯微圖像採集系統的結構如附圖1所示，該系統包括CCD 攝像機陣列6和載物臺1，載物臺1上固定有支架杆3，支架杆3上裝有CCD攝像機6，多個 CXD攝像機6按矩陣排列，計算機2通過數據線9連接並控制CXD攝像機陣列，CXD攝像機陣列的底座通過連接杆5與支架杆3連接，連接杆5由萬向杆架4固定在支架杆上，通過調節萬向杆架4的位置來調節CXD攝像機6距離載物臺1的高度；光源8為環形LED光源套在放大鏡頭7的外圍，放大鏡頭7和CXD攝像機6通過卡口連接，CXD攝像機6與計算機2 連接。環形LED光源由多個白色和/或彩色的LED排成環形，套在鏡頭外部並用螺釘固定在放大鏡頭上。環形LED光源由多支白色(或彩色)的LED排成環形，以照亮檢驗文件，使 CXD攝像機採集區域光線均勻。顯微放大鏡頭接在CXD攝像機的前端，焦距可調。環形LED 光源、放大鏡頭、CXD攝像機串行相連，CXD掇像機通過數據線9與計算機2的USB接口連接。[0021 ] CXD攝像機通過數據線和USB 口與計算機相連，計算機可控制任意CXD攝像機採集圖像並保存。通過計算機軟體設置，來選擇採集圖片的CCD攝像機的位置和個數，可以調節顯微圖像採集區域的大小。計算機通過編寫的軟體控制CCD攝像機陣列採集過程。能設置的操作有CCD攝像機陣列採集方向設定、CCD攝像機陣列採集順序設定、拼接點計算設定寸。[0022]進行圖像採集前，將圖像放置在載物臺1上，且位於CCD攝像機6鏡頭的下方，將光照亮度、顯微放大倍數、CCD攝像機的高度、步進電機的橫向和縱向步長與步數調至合適狀態，使文件顯微圖像能在計算機顯示屏上清晰顯示。根據文件中感興趣區域的大小和位置，計算機設置選擇合適的CXD攝像機工作。當採集開始後，選定的CXD攝像機按設定順序依次採集正下方的顯微文件圖像。選定的CCD攝像機遍歷採集完整個指定的文件區域後， 得到指定區域的若干局部顯微放大圖像，通過圖像自動拼接，得到一幅指定區域的整體顯微放大圖像。由CCD採集的顯微放大圖像和拼接後完整的在文件圖像保存在計算機中，以便於從整體上對圖像進行分析檢驗。[0023]由於顯微放大鏡頭的視野較小，通過一個CXD攝像機一次只能觀察採集到列印字符的局部細節。通過圖像自動拼接，得到一幅指定區域的整體顯微放大圖像，就便於從整體上對圖像進行分析檢驗。由於CCD攝像機陣列位置固定，圖像拼接可採用設定的固定拼接點；另外，也可通過改進的圖像相關匹配算法對拼接點進行微調。由於本實用新型採集的相鄰的子圖像在邊緣區域有重合的部分，因此在相鄰子圖像中的邊緣部分取相同大小區域的圖像進行相關匹配。當相關係數達到最大時，表示已達到最佳配準點。選擇匹配區域時，若區域過小，匹配結果可能只是局部最佳值，造成誤匹配；若區域過大，則計算量增加。本實用新型對選定區域圖像橫向和縱向以同樣的步長取樣，得到匹配區域的圖像像素抽樣矩陣。 將兩個相鄰(橫向或縱向)圖像重疊區域的像素抽樣矩陣進行相關匹配來計算相關係數，利用相關係數最大時兩幅相鄰圖像的相對位置來計算匹配點，並進行圖像拼接。這種方法抽取了大面積圖像的信息，避免了誤匹配，又減少了計算時間，提高了拼接速度。 本實用新型利用CCD攝像機陣列連續採集圖像的多幅子區域圖像，並進行快速拼接，得到整體放大圖像，實現從局部細節到圖像整體的多角度觀測，適用於對文件圖像的高速顯微觀測和檢驗。
權利要求1.一種高速大幅面顯微圖像採集系統，其特徵是該系統包括載物臺(1).計算機O)、 支架杆⑶，CCD攝像機(6).放大鏡頭(7)和光源⑶；支架杆(3)固定在載物臺(1)上，多個CCD攝像機(6)按矩陣排列，且底座通過連接杆( 與支架杆C3)連接，連接杆(5)由萬向杆架固定在支架杆C3)上，CCD攝像機(6)鏡頭面向載物臺，所有CCD攝像機(6)通過數據線(9)與計算機(2)連接，光源⑶套在放大鏡頭(7)的外圍，放大鏡頭(7)和CCD 攝像機(6)鏡頭通過卡口連接。
2.根據權利要求1所述的高速大幅面顯微圖像採集系統，其特徵是所述的光源(8) 為環形LED光源，由多個白色和/或彩色的LED排成環形。
3.根據權利要求1所述的高速大幅面顯微圖像採集系統，其特徵是所述的光源(8) 為環形LED光源，由多個白色的LED排成環形，套在放大鏡頭(7)外部並用螺釘固定在放大鏡頭上。
4.根據權利要求1所述的圖像整體高倍放大掃描系統，其特徵是所有的CCD攝像機 (6)均為同一型號，所有的放大鏡頭(7)均為同一型號，且有同一解析度。
5.根據權利要求1所述的圖像整體高倍放大掃描系統，其特徵是CCD攝像機陣列位置固定，各個CCD攝像機按相同間距矩陣式排列；各個CCD攝像機採集的局部顯微圖片邊緣有重疊部分，通過設定拼接點快速拼接成為整體顯微圖片。
專利摘要本實用新型提出一種高速大幅面顯微圖像採集系統。該系統包括載物臺，支架，多放大鏡頭和多個CCD攝像機。載物臺上固定有支架杆，支架杆上裝有多個CCD攝像機，CCD攝像機呈矩陣形式等距排列；每個CCD攝像機鏡頭外裝有放大鏡頭，放大鏡頭的外圍套有光源，CCD攝像機均連接至計算機；CCD攝像機和放大鏡頭均為同一型號，且經過調製至同一解析度。文件平鋪到載物臺進行顯微圖像採集時，各個CCD攝像機自動地按順序連續採集鏡頭下方的局部顯微圖像，計算機將採集到的局部顯微圖像拼接成整體顯微放大圖像，以實現從局部細節到整體的圖像快速採集。本實用新型用於公共安全、法庭物證領域、圖像分析、生物醫學診斷、生產監控等領域。
文檔編號G03B15/05GK202261533SQ201120327700
公開日2012年5月30日 申請日期2011年9月2日 優先權日2011年9月2日
發明者吳彥文, 曹璐萍, 鄧偉, 陳迪 申請人:華中師範大學