一種放大顯微圖像的拍攝方法
【專利摘要】一種放大顯微圖像的拍攝方法，涉及放大顯微拍攝。將步進云臺保持垂直；調(diào)節(jié)置物臺水平；連接相機、轉(zhuǎn)接筒、攝影皮腔和鏡頭，使用快裝板連接相機和云臺，確保鏡頭光軸垂直；調(diào)節(jié)鏡頭與相機圖像傳感器以及鏡頭與被拍攝物體的間距，并使成像圈覆蓋整個傳感器；將控制器與電機連接，通過快門線與相機連接，在相機的熱靴上安裝引閃器控制閃光燈，通過控制器操作云臺，通過相機取景器實時觀察對焦位置，將對焦位置設(shè)定在目標(biāo)起始對焦深度，并設(shè)定每次的對焦位置移動量，保證每次拍攝對焦區(qū)域都有重合的部分，之后確定拍攝數(shù)量，即可進行自動拍攝；將拍攝的一系列連續(xù)局部對焦圖像合成一幅包含被拍攝物體各個深度圖像信息的圖像。
【專利說明】一種放大顯微圖像的拍攝方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光電檢測技術(shù)中的放大顯微拍攝領(lǐng)域，尤其是涉及一種放大顯微圖像的拍攝方法。

【背景技術(shù)】
[0002]公元16世紀(jì)末，荷蘭的札恰里亞斯.詹森父子發(fā)明了世界第一臺顯微鏡。自此，人類開始對微觀世界進行細(xì)致的觀察。顯微影像的記錄手段經(jīng)歷了手繪、膠片，直至如今的數(shù)碼傳感器。數(shù)碼傳感器的運用，能夠在拍攝完成后直接顯示拍攝結(jié)果，大幅提高影像記錄的效率和效果，同時大幅降低拍攝成本和拍攝技術(shù)門檻。
[0003]放大、顯微鏡頭受限于光學(xué)技術(shù)和材料的限制，往往無法兼顧景深和數(shù)值孔徑。景深是光學(xué)觀測系統(tǒng)在光軸方向上能清晰成像的范圍，景深越大，在光軸方向上能觀察到的深度范圍越廣。數(shù)值孔徑是顯微鏡物鏡的主要技術(shù)參數(shù)，表征鏡頭分辨率的高低，數(shù)值孔徑越大，分辨率越高，但景深越小。因此，如何同時保證高分辨率和大景深是當(dāng)前顯微拍攝系統(tǒng)的迫切需求。
[0004]在保證鏡頭高分辨率的前提下，可通過焦點堆迭合成技術(shù)，通過拍攝一系列連續(xù)對焦于被拍攝物體不同深度的圖像，使用焦點堆迭軟件將這一系列圖像合成為一幅在各個深度都清晰對焦的圖像。
[0005]同時，目前專業(yè)放大顯微圖像拍攝系統(tǒng)多使用專用(XD傳感器，其圖像拍攝性能一般較差，特別是在像素和高感光度成像方面?，F(xiàn)今市售單鏡頭反光板光學(xué)取景器數(shù)碼相機或微型單鏡頭數(shù)碼相機在這兩方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)比顯微系統(tǒng)專用(XD傳感器優(yōu)秀，最高有效像素已達(dá)到3640萬，最高感光度409600，而價格相對低廉。
[0006]而且目前專業(yè)放大顯微圖像拍攝系統(tǒng)多采用成像系統(tǒng)和置物臺整合的方式，雖增強了系統(tǒng)的完整性，但也導(dǎo)致數(shù)字成像組件和調(diào)焦組件的震動將直接傳遞到被拍攝物體，容易導(dǎo)致所拍攝的一系列連續(xù)對焦于不同深度的圖像中被拍攝物體發(fā)生位移，最終影響合成效果，甚至導(dǎo)致合成失敗。
[0007]閃光燈作為拍攝光源的引入，也大幅提高了拍攝光源的強度，使拍攝曝光時間大幅縮短，減少因曝光時間較長引起的抖動模糊。
[0008]中國專利CN 103499879 A公開一種超景深顯微圖像獲取方法，在數(shù)字顯微鏡光路中添加可用電壓控制焦距的液體透鏡，通過且利用其作為變焦元件，對被觀察物體的連續(xù)深度范圍內(nèi)進行一系列聚焦，拍攝一系列連續(xù)的局部聚焦圖片，利用圖像融合處理手段融合出一幅包含了各個高度聚焦信息的超景深清晰圖像。液體透鏡安放的位置經(jīng)過優(yōu)化保證在變焦的過程中保持放大率不變。
[0009]中國專利CN 202083872 U公開一種數(shù)碼相機通用微距高倍攝影裝置?？刹鹦兜匕惭b于通常的數(shù)碼相機鏡頭前側(cè)，包括殼體(200)及設(shè)置其上的放大鏡片組件，所述微距高倍攝影裝置還包括:可相對于攝影鏡頭方向前后移動地安裝于殼體(200)上的托板，所述托板上形成有可用于相對于攝影鏡頭方向作橫向移動數(shù)碼相機的滑槽，所述殼體(200)前側(cè)形成有用于穿過數(shù)碼相機鏡頭的通孔，在所述裝置殼體(200)前側(cè)，設(shè)置有用于所述放大鏡片組件與所述數(shù)碼相機鏡頭作光學(xué)對中心的對中心調(diào)節(jié)機構(gòu)。所述微距高倍攝影裝置可通用于各種數(shù)碼相機的微距高倍、顯微攝影。
[0010]曹西南等(曹西南，戰(zhàn)推，賀銘，楊遠(yuǎn)和.用家用數(shù)碼照相機直接經(jīng)顯微鏡目鏡攝取高質(zhì)量的數(shù)碼圖像.生物學(xué)通報.2007，42(12):49-50)報道了用家用數(shù)碼照相機直接經(jīng)顯微鏡目鏡攝取高質(zhì)量的數(shù)碼圖像。
[0011]郭建民(郭建民.增大顯微攝影中有效景深的一種簡易方法.生物學(xué)通報.1988，6:9)報道了增大顯微攝影中有效景深的一種簡易方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的在于在不降低放大、顯微拍攝系統(tǒng)的分辨率的基礎(chǔ)上，提供可兼顧系統(tǒng)成本和通用性，提高放大顯微圖像像素的同時，擴大放大顯微拍攝系統(tǒng)景深的一種放大顯微圖像的拍攝方法。
[0013]本發(fā)明采用放大顯微圖像拍攝裝置，所述放大顯微圖像拍攝裝置設(shè)有步進電機、步進云臺、快裝板、引閃器、相機、控制器、轉(zhuǎn)接筒、攝影皮腔、鏡頭、閃光燈和置物臺；步進電機設(shè)于步進云臺上，步進云臺固定在三腳架上，從上至下依次連接相機、轉(zhuǎn)接筒、攝影皮腔和鏡頭，相機通過快裝板與步進云臺連接，引閃器安裝在相機上，確保鏡頭的光軸垂直，控制器通過電源線與步進電機連接，控制器通過快門線與相機連接，實現(xiàn)控制器對步進電機和相機的控制置物臺；置物臺設(shè)于鏡頭的下方，閃光燈設(shè)于置物臺的上方，被拍攝物體放置在置物臺上。
[0014]所述放大顯微圖像的拍攝方法，包括以下步驟:
[0015]1)將步進云臺固定于三腳架上，并使步進云臺保持垂直；
[0016]2)調(diào)節(jié)置物臺水平；
[0017]3)連接相機、轉(zhuǎn)接筒、攝影皮腔和鏡頭，使用快裝板連接相機和步進云臺，確保鏡頭光軸垂直；
[0018]4)根據(jù)所用鏡頭的焦距，調(diào)節(jié)鏡頭與相機圖像傳感器以及鏡頭與被拍攝物體的間距，使被攝物體能清晰成像，并使成像圈覆蓋整個傳感器；
[0019]5)將控制器通過電源線與步進電機連接，通過快門線與相機連接，實現(xiàn)對步進電機和相機二者的控制；
[0020]6)在相機的熱靴上安裝引閃器控制閃光燈，使相機進行拍攝的同時擊發(fā)閃光燈閃光;
[0021]7)通過控制器操作步進云臺，通過相機的光學(xué)取景器或液晶取景器實時觀察對焦位置，將對焦位置設(shè)定在目標(biāo)起始對焦深度，并設(shè)定每次的對焦位置移動量，保證每次拍攝對焦區(qū)域都有重合的部分，之后確定拍攝數(shù)量，即可進行自動拍攝；
[0022]8)將拍攝的一系列連續(xù)局部對焦圖像合成一幅包含被拍攝物體各個深度圖像信息的圖像。
[0023]在步驟8)中，所述將拍攝的一系列連續(xù)局部對焦圖像合成一幅包含被拍攝物體各個深度圖像信息的圖像的具體方法可為:
[0024]8.1確定所獲取的一系列連續(xù)局部對焦圖像中，相鄰圖像對焦深度部分重合，被拍攝物體在圖像中的位置和角度保持不變；
[0025]8.2將所獲取的一系列連續(xù)局部對焦圖像導(dǎo)入美國Zerene Systems LLC推出的Zerene Stacker焦點堆迭軟件，采用“PMax”方式進行自動合成，即得到一幅包含被拍攝物體各個深度圖像信息的圖像。
[0026]本發(fā)明使用高分辨率的單鏡頭反光板光學(xué)取景器數(shù)碼相機或微型單鏡頭數(shù)碼相機作為圖像成像單元，通過轉(zhuǎn)接環(huán)及攝影皮腔連接放大鏡頭或顯微鏡頭，采用自動步進云臺對被拍攝物體在連續(xù)深度范圍內(nèi)進行連續(xù)對焦，同時控制圖像拍攝單元進行同步拍攝，將圖片導(dǎo)入計算機，利用焦點堆迭軟件合成一幅包含了被拍攝物體各個深度圖像信息的高分辨率超景深放大顯微圖像。本發(fā)明在不降低放大、顯微拍攝系統(tǒng)的分辨率的基礎(chǔ)上，兼顧系統(tǒng)成本和通用性，提高了放大顯微圖像像素。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的放大顯微圖像拍攝裝置的結(jié)構(gòu)組成框圖。
[0028]圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的拍攝的局部深度對焦圖片系列之一(對焦圖片1?12)。
[0029]圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的拍攝的局部深度對焦圖片系列之二(對焦圖片13?24)。
[0030]圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的拍攝的局部深度對焦圖片系列之三(對焦圖片25?36)。
[0031]圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的拍攝的局部深度對焦圖片系列之四(對焦圖片37?45)。
[0032]圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的利用焦點堆迭軟件合成的一幅包含了被拍攝物體各個深度圖像信息的高分辨率、超景深放大顯微圖像。

【具體實施方式】
[0033]以下實施例將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
[0034]參見圖1，所述放大顯微圖像拍攝裝置實施例設(shè)有步進電機1、步進云臺2、快裝板4、引閃器5、相機6、控制器8、轉(zhuǎn)接筒9、攝影皮腔10、鏡頭11、閃光燈13和置物臺14。
[0035]步進電機1設(shè)于步進云臺2上,步進云臺2固定在三腳架上,從上至下依次連接相機6、轉(zhuǎn)接筒9、攝影皮腔10和鏡頭11，相機6通過快裝板4與步進云臺2連接，引閃器5安裝在相機6上，確保鏡頭11的光軸垂直，控制器8通過電源線3與步進電機1連接，控制器8通過快門線7與相機6連接，實現(xiàn)控制器8對步進電機1和相機6的控制置物臺；置物臺14設(shè)于鏡頭11的下方，閃光燈13設(shè)于置物臺14的上方，被拍攝物體12放置在置物臺14上。
[0036]相機6可采用單反相機(佳能E0S650D，有效像素1800萬，圖像分辨率5184X3456)。轉(zhuǎn)接筒9可采用美能達(dá)MD轉(zhuǎn)佳能E0S。攝影皮腔10可采用美能達(dá)MD接口。
[0037]圖2?5給出了本發(fā)明實施例的一系列連續(xù)局部對焦圖像，共45張，按圖片下標(biāo)01?45對焦深度逐漸增加，相鄰圖像保持部分對焦深度重合。圖6給出根據(jù)本發(fā)明實施例的利用焦點堆迭軟件合成的一幅包含了被拍攝物體各個深度圖像信息的高分辨率、超景深放大顯微圖像。
[0038]所述放大顯微圖像的拍攝方法實施例，包括以下步驟:
[0039]1)將步進云臺2固定于三腳架上，并使步進云臺2保持垂直；
[0040]2)調(diào)節(jié)置物臺14水平；
[0041]3)連接相機6、轉(zhuǎn)接筒9、攝影皮腔10和鏡頭11，使用快裝板4連接相機6和步進云臺2，確保鏡頭11光軸垂直；
[0042]4)根據(jù)所用鏡頭11的焦距，調(diào)節(jié)鏡頭11與相機6圖像傳感器以及鏡頭11與被拍攝物體12的間距，使被攝物體12能清晰成像，并使成像圈覆蓋整個傳感器；
[0043]5)將控制器8通過電源線3與步進電機1連接，通過快門線7與相機6連接，實現(xiàn)對步進電機1和相機6 二者的控制；
[0044]6)在相機6的熱靴上安裝引閃器5控制閃光燈13，使相機6進行拍攝的同時擊發(fā)閃光燈13閃光；
[0045]7)通過控制器8操作步進云臺2，通過相機6的光學(xué)取景器或液晶取景器實時觀察對焦位置，將對焦位置設(shè)定在目標(biāo)起始對焦深度，并設(shè)定每次的對焦位置移動量，保證每次拍攝對焦區(qū)域都有重合的部分，之后確定拍攝數(shù)量，即可進行自動拍攝；
[0046]8)將拍攝的一系列連續(xù)局部對焦圖像合成一幅包含被拍攝物體各個深度圖像信息的圖像。所述將拍攝的一系列連續(xù)局部對焦圖像合成一幅包含被拍攝物體各個深度圖像信息的圖像的具體方法可為:確定所獲取的一系列連續(xù)局部對焦圖像中，相鄰圖像對焦深度部分重合，被拍攝物體在圖像中的位置和角度保持不變；將所獲取的一系列連續(xù)局部對焦圖像導(dǎo)入美國Zerene Systems LLC推出的Zerene Stacker焦點堆迭軟件,采用“PMax”方式進行自動合成，即得到一幅包含被拍攝物體各個深度圖像信息的圖像。
[0047]以下給出本發(fā)明的拍攝流程:將步進云臺2固定于三腳架上，并使其保持垂直；調(diào)節(jié)置物臺14水平；連接相機6、轉(zhuǎn)接筒9、攝影皮腔10和鏡頭11，使用快裝板連接相機6和步進云臺2，確保鏡頭11光軸垂直；根據(jù)所用鏡頭的焦距，調(diào)節(jié)鏡頭11與相機6圖像傳感器以及鏡頭11與被拍攝物體12的間距，使被攝物體12能清晰成像，并使成像圈覆蓋整個傳感器；將控制器8通過電源線3與步進電機1連接，通過快門線7與相機連接，實現(xiàn)對二者的控制；在相機6的熱靴上安裝引閃器5控制閃光燈13，使相機6進行拍攝的同時擊發(fā)閃光燈13閃光；最后通過控制器8操作步進云臺2，通過相機6的光學(xué)取景器或液晶取景器實時觀察對焦位置，將對焦位置設(shè)定在目標(biāo)起始對焦深度，并設(shè)定每次的對焦位置移動量，保證每次拍攝對焦區(qū)域都有重合的部分，之后確定拍攝數(shù)量，即可進行自動拍攝。
[0048]以下介紹將這些拍攝的一系列連續(xù)局部對焦圖像合成一幅包含了被拍攝物體各個深度圖像信息的圖像的方法。在本實例，首先確定所獲取的一系列連續(xù)局部對焦圖像中，相鄰圖像對焦深度部分重合，被拍攝物體在圖像中的位置和角度保持不變；之后將所獲取的一系列連續(xù)局部對焦圖像導(dǎo)入美國Zerene Systems LLC推出的Zerene Stacker焦點堆迭軟件，采用“PMax”方式進行自動合成，就可以得到一幅包含了被拍攝物體各個深度圖像信息的圖像。
[0049]本發(fā)明將高分辨率的單鏡頭反光板光學(xué)取景器相機或微型單鏡頭相機引入放大顯微拍攝系統(tǒng)作為圖像成像單元，并將自動步進云臺引入放大顯微拍攝系統(tǒng)作為對焦單元，控制整個放大顯微系統(tǒng)的對焦位置，通過控制步進電機使相機云臺以固定距離進行移動來對物體的各個深度部分對焦并拍攝一系列局部對焦圖像，利用焦點堆迭軟件合成一幅全對焦圖像。
[0050]本發(fā)明通過采用高分辨率的單鏡頭反光板光學(xué)取景器相機或微型單鏡頭相機作為圖像成像單元，進而提高圖像分辨率及高感光度下的成像質(zhì)量。
[0051]本發(fā)明使用步進電機驅(qū)動的電控云臺控制拍攝系統(tǒng)進行對焦，提高操作的易用性，并大幅避免了傳統(tǒng)手動調(diào)焦易導(dǎo)致的樣品與鏡頭之間的相對位移，減少再次構(gòu)圖的次數(shù)。
[0052]本發(fā)明使用相機液晶屏的實時取景功能作為裝置的數(shù)碼目鏡，替代傳統(tǒng)的光學(xué)目鏡，使觀察更為簡便，取景更為清晰、明亮，更可使用實時取景功能對畫面局部進行放大獲得更為精確的對焦。
[0053]本發(fā)明通過控制步進電機按一定步長轉(zhuǎn)動使相機云臺按固定距離進行移動，進而改變鏡頭物距來對物體的各個深度部分進行對焦，從而通過改變步進電機轉(zhuǎn)動，可對靜止物體的某一深度進行成像。
[0054]本發(fā)明通過連續(xù)控制步進電機按固定步長轉(zhuǎn)動，對被拍攝物體的各個深度進行成像，拍攝一系列連續(xù)局部對焦的圖像。
[0055]本發(fā)明對拍攝的一系列局部對焦圖像進行焦點堆迭合成，合成后的圖像包含了被拍攝物體各個深度范圍內(nèi)的信息，獲得超景深放大顯微圖像。
[0056]本發(fā)明的閃光燈被作為拍攝光源引入拍攝系統(tǒng)，大幅提高了拍攝燈光系統(tǒng)的光線強度，使相機可以使用低感光度進行快速曝光。
【權(quán)利要求】
1.一種放大顯微圖像的拍攝方法，其特征在于采用放大顯微圖像拍攝裝置，所述放大顯微圖像拍攝裝置設(shè)有步進電機、步進云臺、快裝板、引閃器、相機、控制器、轉(zhuǎn)接筒、攝影皮腔、鏡頭、閃光燈和置物臺；步進電機設(shè)于步進云臺上，步進云臺固定在三腳架上，從上至下依次連接相機、轉(zhuǎn)接筒、攝影皮腔和鏡頭，相機通過快裝板與步進云臺連接，引閃器安裝在相機上，確保鏡頭的光軸垂直，控制器通過電源線與步進電機連接，控制器通過快門線與相機連接，實現(xiàn)控制器對步進電機和相機的控制置物臺；置物臺設(shè)于鏡頭的下方，閃光燈設(shè)于置物臺的上方，被拍攝物體放置在置物臺上； 所述拍攝方法，包括以下步驟: 1)將步進云臺固定于三腳架上，并使步進云臺保持垂直； 2)調(diào)節(jié)置物臺水平； 3)連接相機、轉(zhuǎn)接筒、攝影皮腔和鏡頭，使用快裝板連接相機和步進云臺，確保鏡頭光軸垂直； 4)根據(jù)所用鏡頭的焦距，調(diào)節(jié)鏡頭與相機圖像傳感器以及鏡頭與被拍攝物體的間距，使被攝物體能清晰成像，并使成像圈覆蓋整個傳感器； 5)將控制器通過電源線與步進電機連接，通過快門線與相機連接，實現(xiàn)對步進電機和相機二者的控制； 6)在相機的熱靴上安裝引閃器控制閃光燈，使相機進行拍攝的同時擊發(fā)閃光燈閃光； 7)通過控制器操作步進云臺，通過相機的光學(xué)取景器或液晶取景器實時觀察對焦位置，將對焦位置設(shè)定在目標(biāo)起始對焦深度，并設(shè)定每次的對焦位置移動量，保證每次拍攝對焦區(qū)域都有重合的部分，之后確定拍攝數(shù)量，即可進行自動拍攝； 8)將拍攝的一系列連續(xù)局部對焦圖像合成一幅包含被拍攝物體各個深度圖像信息的圖像。
2.如權(quán)利要求1所述一種放大顯微圖像的拍攝方法，其特征在于在步驟8)中，所述將拍攝的一系列連續(xù)局部對焦圖像合成一幅包含被拍攝物體各個深度圖像信息的圖像的具體方法為: 1)確定所獲取的一系列連續(xù)局部對焦圖像中，相鄰圖像對焦深度部分重合，被拍攝物體在圖像中的位置和角度保持不變； 2)將所獲取的一系列連續(xù)局部對焦圖像導(dǎo)入美國ZereneSystems LLC推出的ZereneStacker焦點堆迭軟件，采用“PMax”方式進行自動合成，即得到一幅包含被拍攝物體各個深度圖像信息的圖像。
【文檔編號】G03B15/05GK104394323SQ201410729363
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月4日
【發(fā)明者】楊位迪, 王宇杰, 康鑫, 鄭連明 申請人:廈門大學(xué)