本發(fā)明涉及一種圖像采集裝置及系統(tǒng)，尤其涉及一種透射電鏡圖像數(shù)字化采集裝置及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：透射電子顯微鏡，簡(jiǎn)稱透射電鏡，其基本工作原理如下：由電子槍發(fā)射出來的電子束，在真空通道中沿著鏡體光軸穿越聚光鏡，通過聚光鏡將之會(huì)聚成一束尖細(xì)、明亮而又均勻的光斑，照射在樣品室內(nèi)的樣品上；透過樣品后的電子束攜帶有樣品內(nèi)部的結(jié)構(gòu)信息，樣品內(nèi)致密處透過的電子量少，稀疏處透過的電子量多；經(jīng)過物鏡的會(huì)聚調(diào)焦和初級(jí)放大后，電子束進(jìn)入下級(jí)的中間鏡和透射鏡進(jìn)行綜合放大成像，最終被放大了的電子影像投射在投影室內(nèi)的熒光屏板上；熒光屏將電子圖像轉(zhuǎn)化為可見光圖像以供使用者觀察。為了存儲(chǔ)數(shù)據(jù)用于以后的分析，人們?cè)跓晒馄恋紫掳惭b了一個(gè)圖像采集系統(tǒng)，將電子影像轉(zhuǎn)化為光影圖像保存下來。請(qǐng)參閱圖1，其為現(xiàn)有技術(shù)中僅應(yīng)用底裝CCD系統(tǒng)的透射電鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。該透射電鏡從其內(nèi)部頂端的電子槍發(fā)出透射電子束160，該透射電子束160經(jīng)過聚光鏡、樣品室、物鏡、中間鏡和透射鏡后進(jìn)入投影室110，投射到投影室110底部的熒光屏120上。該熒光屏120將電子圖像轉(zhuǎn)化為可見光圖像，熒光屏120上發(fā)出的可見光可通過鉛玻璃制的觀察窗130進(jìn)行觀察，同時(shí)該可見光穿過透射電鏡底部的鉛玻璃制的透射窗140，被安裝在熒光屏下方的內(nèi)置CCD相機(jī)150拍攝下來，具體地，該內(nèi)置CCD相機(jī)150包括鏡頭1510和CCD圖像傳感器1520，光線經(jīng)過鏡頭1510后被CCD圖像傳感器1520捕捉并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。該內(nèi)置CCD相機(jī)150通過USB線與計(jì)算機(jī)連接，將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中進(jìn)行處理。其中，該位于投影室底部的熒光屏120和位于熒光屏下方的CCD相機(jī)150組成了底裝CCD系統(tǒng)。上述透射電鏡的缺陷是：1.該CCD相機(jī)安裝在透射電鏡底部，經(jīng)過透射電子束的通路，高能的透射電子束對(duì)CCD相機(jī)里的CCD圖像傳感器容易造成損壞，其使用壽命大大降低；2.CCD相機(jī)或CCD圖像傳感器更換不便，需要拆卸位于透射電鏡底部的相關(guān)裝置，維修成本高。為了克服這種應(yīng)用底裝CCD系統(tǒng)的透射電鏡的缺陷，出現(xiàn)了一種應(yīng)用在透射電鏡上的側(cè)裝CCD系統(tǒng)，請(qǐng)參閱圖2，其為現(xiàn)有技術(shù)中同時(shí)應(yīng)用側(cè)裝CCD系統(tǒng)和底裝CCD系統(tǒng)的透射電鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。該側(cè)裝CCD系統(tǒng)包括側(cè)裝CCD相機(jī)1720、小熒光屏1730、直角棱鏡1740、步進(jìn)電機(jī)1760和絲桿1770。該透射電鏡在投影室110的上部的鏡筒側(cè)壁上分別設(shè)有兩個(gè)35mm相機(jī)接口1710，在其中一個(gè)相機(jī)接口1710處安裝鉛玻璃小觀察窗1750和側(cè)裝CCD相機(jī)1720，另一個(gè)相機(jī)接口1710處安裝小熒光屏1730和直角棱鏡1740，側(cè)裝CCD相機(jī)1720被鉛玻璃小觀察窗1750隔離，位于透射電鏡的鏡筒外。小熒光屏1730則位于透射電鏡的鏡筒內(nèi)，用步進(jìn)電機(jī)1760通過驅(qū)動(dòng)絲桿1770來驅(qū)動(dòng)小熒光屏1730進(jìn)入或退出透射電子束的通路，小熒光屏1730上的可見光圖像經(jīng)直角棱鏡1740、小觀察窗1750后成像在側(cè)裝CCD相機(jī)1720上。雖然這種側(cè)裝CCD系統(tǒng)中的CCD圖像傳感器并沒有處于透射電子束的通路上，因此避免了直接被透射電子束轟擊而造成損壞，但這種側(cè)裝CCD系統(tǒng)的缺陷是：該小熒光屏進(jìn)入或退出透射電子束通路時(shí)，由于機(jī)械運(yùn)動(dòng)的誤差，無法精確回到原來的位置，導(dǎo)致小熒光屏和CCD圖像傳感器之間相對(duì)位置容易發(fā)生變化，為了使圖像精準(zhǔn)，每次操作都需要重新進(jìn)行圖像矯正；另外，小熒光屏相對(duì)于底部熒光屏而言，位于透射電子束通路的上方，其成像的放大倍數(shù)小，便于進(jìn)行樣品預(yù)觀察，尋找感興趣的區(qū)域，但也由于放大倍數(shù)較小，因此不能得到方法倍數(shù)較大的圖像，所以側(cè)裝CCD系統(tǒng)往往不能取代底裝CCD系統(tǒng)，在通過該側(cè)裝CCD系統(tǒng)完成搜索和預(yù)觀察后，還需要采用底裝CCD系統(tǒng)更精確地尋找觀察位置并進(jìn)行高清拍攝。因此大多數(shù)側(cè)裝CCD系統(tǒng)僅僅用于輔助性的預(yù)觀察，需要配合底裝CCD系統(tǒng)一起使用。因此，即使對(duì)于同時(shí)加裝有側(cè)裝CCD系統(tǒng)和底裝CCD系統(tǒng)的透射電鏡來說，仍然不能避免底裝CCD系統(tǒng)中的CCD圖像傳感器受到透射電子束的轟擊、容易損壞的缺陷，而在該底部的CCD圖像傳感器受到損壞后，更換不便，維修成本高。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種CCD相機(jī)能長(zhǎng)期穩(wěn)定使用、易于拆卸和更換、適用范圍廣的外置式透射電鏡圖像數(shù)字化采集裝置。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種外置式透射電鏡圖像數(shù)字化采集裝置，包括外置殼體和CCD相機(jī)，所述外置殼體的至少一側(cè)設(shè)有開口，所述CCD相機(jī)設(shè)置在所述外置殼體的開口端，所述CCD相機(jī)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；所述外置殼體可拆卸地固定在透射電鏡的觀察窗外。本發(fā)明將CCD相機(jī)外置地固定在觀察窗外，將CCD相機(jī)置于透射電子束通路之外，無需使用底裝CCD系統(tǒng)，避免了現(xiàn)有技術(shù)中，底裝CCD系統(tǒng)處于透射電子束通路中遭受電子轟擊，容易損壞的缺陷；同時(shí)，若CCD相機(jī)受損，則更換一個(gè)外置裝置即可，避免了現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)CCD相機(jī)進(jìn)行更換，需要對(duì)透射電鏡的部件進(jìn)行拆卸，維修麻煩的問題；另外，本發(fā)明的外置裝置適用于各型號(hào)的透射電鏡，只要該透射電鏡設(shè)置有熒光屏，同時(shí)設(shè)有可觀察該熒光屏的觀察窗，即可使用，適用范圍極廣。進(jìn)一步地，所述CCD相機(jī)包括鏡頭和CCD圖像傳感器；所述鏡頭設(shè)置在所述外置殼體的開口端，并與所述CCD圖像傳感器固定連接；所述鏡頭使光線在所述CCD圖像傳感器上成像，所述CCD圖像傳感器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。進(jìn)一步地，所述外置殼體為一側(cè)開口的半封閉殼體，其開口端面上設(shè)有密封圈。進(jìn)一步地，所述CCD圖像傳感器上設(shè)有輸出端口，所述CCD圖像傳感器通過所述輸出端口將電信號(hào)傳送出去。本發(fā)明還提供一種外置式透射電鏡圖像數(shù)字化采集系統(tǒng)，包括透射電鏡、根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的外置式透射電鏡圖像數(shù)字化采集裝置、圖像采集卡、圖像處理模塊、顯示屏；所述透射電鏡包括熒光屏和觀察窗，所述熒光屏水平設(shè)置在所述透射電鏡內(nèi)部的底面上，所述觀察窗設(shè)置在所述熒光屏側(cè)對(duì)的所述透射電鏡的側(cè)壁上；所述外置式透射電鏡圖像數(shù)字化采集裝置可拆卸地固定在所述觀察窗外；所述CCD相機(jī)、圖像采集卡、圖像處理模塊、顯示屏依次電連接，所述CCD相機(jī)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并將電信號(hào)傳輸?shù)剿鰣D像采集卡處進(jìn)行儲(chǔ)存，所述圖像處理模塊對(duì)所述圖像采集卡中的電信號(hào)進(jìn)行處理并輸出到所述顯示屏還原為圖像顯示。進(jìn)一步地，所述觀察窗與所述熒光屏之間形成夾角θ，所述夾角θ大于0度且小于90度；所述圖像處理模塊包括圖像矯正模塊，所述圖像矯正模塊對(duì)夾角θ所造成的圖像幾何失真進(jìn)行矯正，使所述顯示屏上顯示的圖像與所述熒光屏上的成像一致。進(jìn)一步地，所述圖像矯正模塊通過獲得所述CCD相機(jī)的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)對(duì)圖像幾何失真進(jìn)行矯正；進(jìn)一步地，所述內(nèi)部參數(shù)通過張正友的基于多平面的攝像頭內(nèi)外參數(shù)求取方法獲得；所述外部參數(shù)通過已標(biāo)定的參考圖像獲得。進(jìn)一步地，所述圖像處理模塊包括圖像放大模塊，所述圖像放大模塊對(duì)圖像進(jìn)行放大。進(jìn)一步地，所述圖像放大模塊采用最近領(lǐng)域插值算法或雙線性插值算法對(duì)圖像進(jìn)行放大。為了更好地理解和實(shí)施，下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。附圖說明圖1是現(xiàn)有技術(shù)中僅應(yīng)用底裝CCD系統(tǒng)的透射電鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中同時(shí)應(yīng)用側(cè)裝CCD系統(tǒng)和底裝CCD系統(tǒng)的透射電鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的外置式透射電鏡圖像數(shù)字化采集系統(tǒng)的信號(hào)傳輸示意圖；圖4是本發(fā)明的外置裝置和透射電鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式請(qǐng)參閱圖3，其為本發(fā)明的外置式透射電鏡圖像數(shù)字化采集系統(tǒng)的信號(hào)傳輸示意圖。本發(fā)明的外置式透射電鏡圖像數(shù)字化采集系統(tǒng)，包括透射電鏡1、外置式透射電鏡圖像數(shù)字化采集裝置2(以下簡(jiǎn)稱外置裝置)、圖像采集卡3、圖像處理模塊4、顯示屏5和打印機(jī)6。該外置裝置2安裝在該透射電鏡1上，該外置裝置2、圖像采集卡3、圖像處理模塊4依次電連接，該圖像處理模塊4同時(shí)與顯示器5和打印機(jī)6電連接。請(qǐng)參閱圖4，其為本發(fā)明的外置裝置和透射電鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。該透射電鏡1包括鏡筒10、電子槍、透鏡、熒光屏12。該鏡筒10的頂部安裝有電子槍，該鏡筒10所形成的中部空腔為放置樣品的樣品室，其形成的底部空腔為投影室11。該透鏡包括聚光鏡、物鏡、中間鏡和透射鏡。該投影室11的側(cè)壁上設(shè)有傾斜的觀察窗13，該觀察窗13由透光特性良好的鉛玻璃制成，同時(shí)能阻斷有害射線射出以及維持鏡筒10內(nèi)的真空狀態(tài)。該投影室11的底部設(shè)有水平安裝的熒光屏12，該熒光屏12與觀察窗13形成夾角θ，在被實(shí)施例中θ為45度。該透射電鏡1在工作時(shí)，由頂部的電子槍射出透射電子束16，該透射電子束16分別經(jīng)過聚光鏡、樣品室、物鏡、中間鏡和透射鏡后，進(jìn)入到投影室11內(nèi)，投射在熒光屏12上，該熒光屏12將電子信號(hào)轉(zhuǎn)換成可見光信號(hào)，該可見光信號(hào)通過觀察窗13傳出。該外置裝置2包括外置殼體21和安裝在外置殼體21內(nèi)的CCD相機(jī)22。該CCD相機(jī)22包括鏡頭221和CCD圖像傳感器222。該外置殼體21為一側(cè)開口的半封閉殼體，其開口端面上設(shè)有一密封圈23，該外置殼體21可將其開口端緊貼在該觀察窗13上并密封固定，并使CCD相機(jī)22與該觀察窗13平行。該鏡頭221設(shè)置在該外置殼體21的開口端，使鏡頭221能夠捕捉到通過觀察窗13照射出來的熒光屏12上的可見光，并使光線在該CCD圖像傳感器222上成像。CCD圖像傳感器全稱為電荷耦合元件，是一種能夠把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。該CCD圖像傳感器222設(shè)有輸出端口，將熒光屏12發(fā)射的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后傳送到圖像采集卡3。進(jìn)一步地，該端口設(shè)置為可支持熱插拔，使用方便。圖像采集卡3對(duì)CCD圖像傳感器222傳來的圖像電信號(hào)進(jìn)行采集并壓縮，再傳送到圖像處理模塊4進(jìn)行處理。該圖像處理模塊4包括圖像矯正模塊41和圖像放大模塊42。關(guān)于圖像矯正模塊41，由于CCD相機(jī)22與熒光屏12之間形成夾角θ，因此CCD相機(jī)22所拍攝的圖像會(huì)產(chǎn)生幾何失真，圖像矯正模塊41通過對(duì)CCD相機(jī)建模的方式來確定在CCD相機(jī)內(nèi)成像的像平面與熒光屏所形成的物平面之間的位置關(guān)系，將以像平面為基準(zhǔn)的攝像機(jī)坐標(biāo)系中的點(diǎn)還原為以熒光屏為基準(zhǔn)的世界坐標(biāo)系中的點(diǎn)，從而矯正該夾角所造成的幾何失真。CCD相機(jī)的模型由兩部分組成，一是CCD相機(jī)的內(nèi)部參數(shù)，即CCD相機(jī)內(nèi)部的幾何和光學(xué)特性參數(shù)，包括fx、fy、u0和v0；二是CCD相機(jī)的外部參數(shù)，即攝像機(jī)坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系之間的位置關(guān)系，包括旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移矩陣T。該圖像矯正模塊的數(shù)學(xué)模型可以表示為：zuv1=fx0u000fyv000010RT0T1xwywzw1=M1M2X=MX]]>其中，(u,v)為像平面中的任意點(diǎn)的坐標(biāo)，(xw,yw,zw)為物平面中的任意點(diǎn)的坐標(biāo)，上述模型即為像平面坐標(biāo)與物平面坐標(biāo)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。對(duì)于該CCD相機(jī)的內(nèi)部參數(shù)，可通過張正友的基于多平面的攝像頭內(nèi)外參數(shù)求取方法事先獲得，其具體步驟是：1.打印一張黑白相間的棋盤狀網(wǎng)格模板并貼在一個(gè)平面上；2.從不同角度拍攝若干張模板圖像；3.檢測(cè)出圖像中的特征點(diǎn)；4.求出攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)；5.求出畸變系數(shù)；6.優(yōu)化求精。對(duì)于該CCD相機(jī)的外部參數(shù)，可通過特定的已標(biāo)定的透射電鏡圖像作為參考圖像獲得。具體地，該參考圖像采用網(wǎng)狀柵格圖案，該圖案由兩組間距相等的平行線垂直交錯(cuò)形成。透射電鏡將該參考圖像打在熒光屏12上，獲取柵格圖案上的交匯點(diǎn)的坐標(biāo)，再通過張正友的基于多平面的攝像頭內(nèi)外參數(shù)求取方法獲得CCD相機(jī)的外部參數(shù)。每次將外置裝置2安裝在透射電鏡1上時(shí)，都需要重新獲得外部參數(shù)。假定物平面為z平面，即zw＝0，并將獲得的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)代入上述圖像矯正模塊的數(shù)學(xué)模型，即可獲得像平面與物平面間坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系xw,yw＝f(u,v)，將CCD相機(jī)獲得的具有幾何失真的圖像信號(hào)還原為與熒光屏上一致的圖像信號(hào)。經(jīng)該圖像矯正模塊41處理后的信號(hào)輸入到圖像放大模塊42進(jìn)行進(jìn)一步的處理。圖像放大一般采用內(nèi)插值方法，即在原有圖像像素的基礎(chǔ)上，在像素點(diǎn)之間采用合適的插值算法插入新的像素。在本實(shí)施例中，可采用最近領(lǐng)域插值算法或雙線性插值算法對(duì)圖像進(jìn)行放大。具體地，最近領(lǐng)域插值算法，其插入的像素點(diǎn)的值就等于距離它映射到的位置最近的像素點(diǎn)的值。最近領(lǐng)域插值算法較為簡(jiǎn)單，但可能在圖像處理后產(chǎn)生鋸齒形邊界。雙線性插值算法則利用待插值像素點(diǎn)周圍的四個(gè)像素點(diǎn)的值，通過加權(quán)平均計(jì)算得出插入像素點(diǎn)的值。假如想得到未知函數(shù)f在點(diǎn)P＝(x，y)的值，且已知函數(shù)f在Q11＝(x1，x2),Q12＝(x1，x2),Q21=(x2，y1),及Q22=(x2，y2)四個(gè)點(diǎn)的值。首先在x方向進(jìn)行線性插值，得到：f(R1)≈x2-xx2-x1f(Q11)+x-x1x2-x1f(Q21)WhereR1=(x,y1),]]>f(R2)≈x2-xx2-x1f(Q12)+x-x1x2-x1f(Q22)WhereR2=(x,y2).]]>然后在y方向進(jìn)行線性插值，得到f(P)≈y2-yy2-y1f(R1)+y-y1y2-y1f(R2).]]>這樣就得到所要的結(jié)果f(x，y)，即待插入像素點(diǎn)的值。經(jīng)圖像放大模塊42進(jìn)行處理后的信號(hào)最后輸出到顯示器5進(jìn)行顯示或打印機(jī)6進(jìn)行打印輸出。本發(fā)明的外置式透射電鏡圖像數(shù)字化采集系統(tǒng)在使用時(shí)，將外置裝置2固定在透射電鏡1的觀察窗13上，啟動(dòng)透射電鏡1，外置裝置2中的CCD相機(jī)22即通過觀察窗13，對(duì)熒光屏12上的可見光信號(hào)進(jìn)行捕捉，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并傳送到圖像采集卡3進(jìn)行采集，然后由圖像矯正模塊41進(jìn)行圖像還原，矯正幾何失真，再由圖像放大模塊42對(duì)圖像進(jìn)行放大優(yōu)化，提高圖像精度，最后輸出到顯示屏5顯示。通過顯示屏5顯示，可供多人同時(shí)觀察，搜索樣品中感興趣的區(qū)域，采集圖像數(shù)據(jù)后可通過打印機(jī)6打印輸出。本發(fā)明的外置式透射電鏡圖像數(shù)字化采集系統(tǒng)，采用外置的CCD相機(jī)，無需使用透射電鏡中的側(cè)裝和底裝CCD系統(tǒng)，無論該透射電鏡是否安裝側(cè)裝和底裝CCD系統(tǒng)，均不影響本發(fā)明的外置式透射電鏡圖像數(shù)字化采集系統(tǒng)和裝置的使用。本發(fā)明將CCD相機(jī)外置地固定在觀察窗外，將CCD相機(jī)置于透射電子束通路之外，無需使用底裝CCD系統(tǒng)，避免了現(xiàn)有技術(shù)中，底裝CCD系統(tǒng)處于透射電子束通路中遭受電子轟擊，容易損壞的缺陷；同時(shí)，若CCD相機(jī)受損，則更換一個(gè)外置裝置即可，避免了現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)CCD相機(jī)進(jìn)行更換，需要對(duì)透射電鏡的部件進(jìn)行拆卸，維修麻煩的問題；另外，本發(fā)明的外置裝置適用于各型號(hào)的透射電鏡，只要該透射電鏡設(shè)置有熒光屏，同時(shí)設(shè)有可觀察該熒光屏的觀察窗，即可使用，適用范圍極廣。本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施方式，如果對(duì)本發(fā)明的各種改動(dòng)或變形不脫離本發(fā)明的精神和范圍，倘若這些改動(dòng)和變形屬于本發(fā)明的權(quán)利要求和等同技術(shù)范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變形。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3