本發(fā)明屬于空間科學實驗過程的檢測觀察領域，特別涉及一種空間科學實驗過程自動顯微成像方法。

背景技術：

空間科學實驗需要高可靠、全自動的儀器設備，獲取在軌科學實驗過程的圖像信息，特別是顯微圖像信息，對于科學家開展分析研究具有重要意義。傳統(tǒng)的光學顯微鏡體積龐大、笨重，需要專業(yè)的人員操作，不能滿足飛行發(fā)射返回時的力學環(huán)境條件和在軌飛行過程全自動獲取目標顯微圖像的要求。同時衛(wèi)星下傳數(shù)據(jù)帶寬有限，只能下傳有效的目標顯微圖像數(shù)據(jù)，為此需要研發(fā)用于空間科學實驗過程的自動顯微成像設備。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種可用于衛(wèi)星平臺的自動獲取空間科學實驗過程顯微圖像的方法。

本發(fā)明提供一種空間科學實驗自動顯微成像方法，包括如下步驟：a1.照明光源照射到目標樣品上；a2.顯微相機通過顯微物鏡和圖像探測器獲取圖像；a3.顯微相機通過精密移動臺獲取縱深方向上各個層面的圖像；a4.顯微相機根據(jù)圖像清晰度函數(shù)判決法，得到目標所在層面；a5.顯微相機移動到該層面，再次獲取圖像，并通過衛(wèi)星數(shù)傳接口下傳圖像。

本發(fā)明還提供一種空間科學實驗自動顯微成像系統(tǒng)，包括低功耗照明光源、顯微物鏡、圖像探測器、精密移動臺；所述的低功耗照明光源為0.1w，發(fā)光角度15°的白光led；所述的顯微物鏡和顯微相機通過c接口相連；所述的顯微相機通過螺釘緊固在精密移動臺上。

所述的照明光源為額定電壓3.3v，額定電流30ma，發(fā)光角度15°的白光led光源。

所述的顯微物鏡可以選擇4倍、10倍或20倍放大倍率，物方工作距>5mm。

所述的圖像探測器為1280×1024像素的cmos探測器，像素尺寸為6.7um×6.7um。

所述的精密移動臺由滾珠絲杠平動臺和步進電機組成，步進精度為微米級，滾珠絲桿導程為1mm，行程為10mm，步進電機步距角為0.9°。

所述的縱深方向上各個層面圖像為步進600步，獲取600個層面圖像。

所述的圖像清晰度判決法為臨域差分，求解目標像素與臨近像素的最大差分值。

所述的衛(wèi)星數(shù)傳接口為422接口，波特率為115200bps。

本發(fā)明的有益效果為：通過低功耗照明光源照射到目標樣品，顯微相機通過精密移動臺獲取培養(yǎng)單元內(nèi)各個層面的圖像，根據(jù)圖像清晰度判決法，確定目標樣品所在的位置，然后移動顯微相機至該位置，獲取目標樣品的顯微圖像，并通過有限的衛(wèi)星下傳資源下傳數(shù)據(jù)，提供給科學家進行分析研究。該系統(tǒng)具有低功耗、高可靠性和自動獲取目標顯微圖像的優(yōu)點，適用于空間科學實驗過程獲取空間三維分布的微米尺度目標，如細胞、組織等的顯微圖像。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的空間科學實驗自動顯微成像系統(tǒng)的組成示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例目標樣品的分布示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例成像過程的示意圖。

具體實施方式

下面結合具體實施方式，并對照附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明，應該強調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應用。

本實施例提供一種空間科學實驗自動顯微成像方法，包括如下步驟：a1.照明光源照射到目標樣品上；a2.顯微相機通過顯微物鏡和圖像探測器獲取圖像；a3.顯微相機通過精密移動臺獲取縱深方向上600個層面的圖像；a4.顯微相機根據(jù)圖像清晰度函數(shù)判決法，得到目標所在層面；a5.顯微相機移動到該層面，再次獲取圖像，并通過衛(wèi)星數(shù)傳接口下傳圖像。

實施例

如圖1所示，一種空間科學實驗自動顯微成像系統(tǒng)，包括低功耗照明光源1、顯微物鏡2、圖像探測器3、滾珠絲桿4、步進電機5和目標樣品6。

照明光源為額定電壓3.3v，額定電流30ma，發(fā)光角度15°的白光led光源，通過照明光源開關和曝光時間匹配控制，可以進一步降低功耗。

顯微物鏡采用標準c接口的4倍、10倍或20倍放大倍率的顯微物鏡，物方工作距>5mm，這樣可以適應不同尺度、不同放大倍率成像的需求，并且可以適應試驗單元具有一定壁厚和深度的需求。

圖像探測器為1280×1024像素的cmos探測器，像素尺寸為6.7um×6.7um，如果選用10或20物鏡，可以實現(xiàn)微米級分辨率的顯微成像。顯微物鏡和圖像探測器通過標準c接口連接，通過加固，確保相對位置的固連，能夠適應衛(wèi)星發(fā)射和返回的力學環(huán)境條件。

精密移動臺由滾珠絲杠平動臺和步進電機組成，步進精度為微米級，滾珠絲桿導程為1mm，行程為10mm，步進電機步距角為0.9°，步進電機每走一個步距角，滾珠絲桿行進2.5um，通過控制步進電機激勵的順序實現(xiàn)步進電機的正反轉，即實現(xiàn)滾珠絲桿的前進和后退。顯微相機通過螺釘緊固在精密移動臺上，則通過電機控制，實現(xiàn)顯微相機的微米級前進和后退。

如圖2所示，細胞或組織等微小目標樣品10裝載在由培養(yǎng)盒7、滲透膜8和觀察窗口9組成的培養(yǎng)單元內(nèi)，培養(yǎng)單元為目標樣品(細胞或組織)提供營養(yǎng)液組分、氣體組分、溫度和ph值等生保條件，在培養(yǎng)過程中，可以通過觀察窗口9進行顯微觀察目標樣品的變化過程。

成像時，低功耗照明光源照射到目標樣品，顯微相機通過精密移動臺獲取培養(yǎng)單元內(nèi)，如圖3所示，獲取m、m+1、m+n各個層面的圖像(n＝599)，根據(jù)圖像清晰度判決法，確定目標樣品所在的位置，然后移動顯微相機至該位置，獲取目標樣品的顯微圖像，并通過422接口由有限的衛(wèi)星下傳資源下傳圖像數(shù)據(jù)，提供給科學家進行分析研究。

技術特征：

技術總結
本發(fā)明公開了一種空間科學試驗自動顯微成像方法和系統(tǒng)，方法基于的裝置包括低功耗照明光源顯微物鏡、圖像探測器、滾珠絲桿和步進電機；通過低功耗照明光源照射到目標樣品，顯微相機通過精密移動臺獲取試驗單元內(nèi)各個層面的圖像，根據(jù)圖像清晰度判決法，確定目標樣品所在的位置，然后移動顯微相機至該位置，獲取目標樣品的顯微圖像，并通過有限的衛(wèi)星下傳通道下傳數(shù)據(jù)，提供給科學家進行分析研究。該系統(tǒng)具有低功耗、高可靠性和自動獲取目標顯微圖像的優(yōu)點，適用于空間科學實驗過程獲取空間三維分布的微米尺度目標的顯微圖像。

技術研發(fā)人員：鄭偉波;張濤;張寅;董棟;孫浩;鄭行龍;童廣輝;袁永春;劉方武;顧建忠;謝燾
受保護的技術使用者：中國科學院上海技術物理研究所
技術研發(fā)日：2017.05.27
技術公布日：2017.09.22