專利名稱：一種基于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)碼顯微鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種數(shù)碼顯微鏡，特別是涉及一種基于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)碼顯微鏡。
技術(shù)背景在傳統(tǒng)顯微鏡實(shí)現(xiàn)電子信息數(shù)碼顯微鏡的過程中，必須解決對(duì)光學(xué)圖像信號(hào)轉(zhuǎn)化成 數(shù)字圖像信號(hào)，提供給計(jì)算機(jī)進(jìn)行一系列的處理。雖然目前國內(nèi)外研究生產(chǎn)數(shù)碼顯微鏡的廠商不少，但絕大多數(shù)的電子控制部分采用 了 CMOS圖像傳感器和數(shù)字信號(hào)處理器DSP組成為主，外接標(biāo)準(zhǔn)的顯示設(shè)備，如電腦 顯示器、監(jiān)視器等。例如公告號(hào)為CN1282939(專利號(hào)為ZL 200310111011.9)的中國 發(fā)明專利《直接顯示的數(shù)字化顯微鏡的嵌入式圖像處理方法及裝置》中公布的數(shù)字化顯 微鏡的嵌入式圖像處理裝置，就是采用DSP數(shù)字信號(hào)處理器構(gòu)架實(shí)現(xiàn)的。由于DSP架 構(gòu)的限制，使其欠缺靈活性，二次開發(fā)難度較大，不容易添加新的功能；同時(shí)由于拍攝 的圖片或視頻主要取決DSP圖像處理的軟件算法，從而導(dǎo)致不同的算法對(duì)圖像的質(zhì)量 影響很大；DSP處理器代碼效率不高，且功耗較大。外接標(biāo)準(zhǔn)的顯示設(shè)備實(shí)現(xiàn)顯示功 能。使上述方法具有體積龐大、成本較高且電線電纜較多功能單一等不足，大大制約了 這類數(shù)碼顯微鏡的推廣應(yīng)用。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有數(shù)碼顯微鏡技術(shù)的不足，提供一種 處理功能強(qiáng)大并可以對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察和動(dòng)態(tài)標(biāo)定的基于嵌入式操作系統(tǒng)的數(shù)碼顯 微鏡。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為該基于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)碼顯微 鏡，包括顯微鏡主體、圖像信息采集單元、圖像信息處理單元及與該圖像信息處理單元 相連的圖像顯示單元，所述圖像信息處理單元包括具有圖像信號(hào)處理模塊的微處理器和 用來儲(chǔ)存處理后的圖像信號(hào)的存儲(chǔ)器，其特征在于所述微處理器為裝載有嵌入式操作 系統(tǒng)的微處理器，并且該微處理器還具有圖像實(shí)時(shí)測(cè)量和動(dòng)態(tài)標(biāo)定處理模塊。由于裝載有嵌入式操作系統(tǒng)的微處理器具有良好的人機(jī)界面，處理功能強(qiáng)大，并且 容易擴(kuò)展新功能，并且包含的圖像實(shí)時(shí)測(cè)量和動(dòng)態(tài)標(biāo)定處理模塊可以對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)觀 察、測(cè)量還能動(dòng)態(tài)進(jìn)行標(biāo)定。這里圖像實(shí)時(shí)測(cè)量和動(dòng)態(tài)標(biāo)定處理模塊的處理過程為首先通過圖像傳感器將圖像信號(hào)實(shí)時(shí)采集過來，然后需要進(jìn)行標(biāo)尺標(biāo)定，在動(dòng)態(tài)數(shù)字圖像上疊加標(biāo)定尺，配合物理 標(biāo)尺，測(cè)定系統(tǒng)的標(biāo)定值；最后根據(jù)事先保存的標(biāo)定值，在動(dòng)態(tài)數(shù)字圖像繪制測(cè)量工具， 如十字刻度尺，對(duì)物體進(jìn)行測(cè)量。這樣，采集來的圖像信息就可以在微處理器內(nèi)進(jìn)行實(shí) 時(shí)測(cè)量和分析，然后對(duì)圖像進(jìn)行動(dòng)態(tài)標(biāo)定，送到圖像顯示單元后，就可以用來直接觀看。 為了方便使用者查看圖像顯示單元，作為改進(jìn)，所述圖像顯示單元的背部固定有支 撐桿，所述顯微鏡主體上方設(shè)有供所述支撐桿插入的安裝孔。這樣，圖像顯示單元就可 以插入式安裝于顯微鏡上方，拆卸安裝方便，同時(shí)還能在需要的時(shí)候?qū)D像顯示單元拆 下來觀察。為了與圖像顯示單元連連接，所述圖像信息處理單元還包括有一視頻D/A轉(zhuǎn)換器、 VGA接口、 RCA接口，所述視頻D/A轉(zhuǎn)換器與所述微處理器相連，所述VGA接口、 RCA接口均與所述D/A轉(zhuǎn)換器相連。這里，圖像顯示單元通過兩邊帶有插頭的電纜與所述圖像信息處理單的VGA接口 相連。這樣，上述的解壓縮后的圖像信息通過視頻D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化成模擬信號(hào)經(jīng)過VGA、 RCA接口輸出，外部可以接標(biāo)準(zhǔn)VGA接口或者RCA接口的顯示設(shè)備，方便顯微鏡應(yīng) 用于各種場(chǎng)合的觀察及測(cè)量。為了與外界設(shè)備進(jìn)行擴(kuò)展通訊，所述圖像信息處理單元還包括有至少一種以下接口 之一或其組合以太網(wǎng)接口， USB接口、 SD卡接口和無線網(wǎng)絡(luò)接口。其中，以太網(wǎng)接口和無線網(wǎng)絡(luò)接口可以支持多臺(tái)顯微鏡間或顯微鏡和PC間的互相 通訊和資源共享，方便實(shí)現(xiàn)教學(xué)互動(dòng)功能，并且無線網(wǎng)絡(luò)接口避免了煩瑣的布線工程， 方便應(yīng)用于教學(xué)互動(dòng)等領(lǐng)域。而USB接口則可以實(shí)現(xiàn)USB接口的鼠標(biāo)或其他USB外 設(shè)就可以和微處理器進(jìn)行通訊。為了將壓縮后的圖像信息進(jìn)行外部存儲(chǔ)，所述圖像信息 處理單元還包括有SD卡接口 ，該SD卡接口與所述微處理器相連。所述圖像信息處理單元還包括有音頻輸入接口和音頻輸出接口，該頻輸入接口和音 頻輸出接口均與所述微處理器相連。這樣，使用者在觀察實(shí)時(shí)圖像的同時(shí)還能聽到實(shí)時(shí) 語音。為了更好與嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，所述圖像信息顯示單元為觸摸型TFT LCD顯示器。最后，所述微處理器為具有MPEG—4的硬件編解碼處理模塊的微處理器。這樣， 圖像信息在處理過程當(dāng)中，就會(huì)具有較好的處理效率。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于通過在微處理器為裝載嵌入式操作系統(tǒng)， 并且在微處理器內(nèi)設(shè)置圖像實(shí)時(shí)測(cè)量和動(dòng)態(tài)標(biāo)定處理模塊，其處理能力強(qiáng)大，并可以對(duì) 圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察和動(dòng)態(tài)標(biāo)定，容易擴(kuò)展新功能，還可以對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察、測(cè)量， 還能動(dòng)態(tài)進(jìn)行標(biāo)定；處理信息的效率高，功耗小。 '
圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中圖像顯示單元3從顯微鏡主體1上拆開以后的立體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為基于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)碼顯微鏡的模塊框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖1 2所示的基于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)碼顯微鏡，包括顯微鏡主體1、圖像采集單元、 圖像信息處理單元及與該圖像信息處理單元相連的圖像顯示單元3，圖像信息處理單元 安裝在顯微鏡主體1內(nèi)，而圖像顯示單元3的背部固定有支撐桿31，顯微鏡主體1上方 設(shè)有供支撐桿31插入的安裝孔11。圖像顯示單元3以插接的方式安裝在顯微鏡主體1 的上方。本實(shí)施例中，圖像顯示單元3采用8.4英寸的TFT LCD顯示器，可以方便用戶觀察， 而8.4英寸的TFT LCD顯示器通過兩邊帶有插頭的電纜4與圖像信息處理單元相連。當(dāng) 用戶需要將圖像顯示單元3取下觀察時(shí)，可以方便地直接將TFT LCD顯示器取下，而 不會(huì)產(chǎn)生影響，拆裝非常方便。這里TFTLCD顯示器的背部與支撐桿31之間還可以連 接一個(gè)滾動(dòng)體，以實(shí)現(xiàn)上述顯示器在垂直方向上作90。 -120°范圍內(nèi)任意角度的頓斜， 可以方便用戶在不同角度進(jìn)行觀察。圖像采集單元?jiǎng)t采用將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)的CMOS圖像傳感器，通過專用的連接接口將數(shù)字圖像信號(hào)傳輸?shù)綀D像信息處理單元。而圖像信息處理單元由具有數(shù)字圖像信號(hào)處理模塊的微處理器、用來儲(chǔ)存處理后的 數(shù)字圖像信號(hào)的存儲(chǔ)器、以及各類IO接口組成，參見圖3所示。微處理器采用基于ARM9內(nèi)核的微處理器；存儲(chǔ)器有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器SDRAM、 NANDFLASH存儲(chǔ)器；各類10接口包括有外部存儲(chǔ)器SD插座、視頻D/A轉(zhuǎn)換器、VGA、 RCA模擬視頻接口、 USB2.0接口、音頻模塊、TFTLCD帶觸摸功能的顯示屏幕、以太 網(wǎng)接口、 WLAN無線網(wǎng)絡(luò)模塊。上述圖像顯示單元3就是通過兩邊帶有插頭的電纜與 VGA接口相連。上述基于ARM9內(nèi)核的微處理器，它包含指令Cache和數(shù)據(jù)Cache,具有任務(wù)通信 模塊(TCM)接口，內(nèi)存管理單元(MMU)，內(nèi)裝載有嵌入式操作系統(tǒng)，這里嵌入式操 作系統(tǒng)可以為Windows ce或Linux嵌入式操作系統(tǒng)；這種嵌入式操作系統(tǒng)支持多線程、 開發(fā)者定制操作系統(tǒng)內(nèi)核，方便實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)增加新的功能。并且基于ARM9內(nèi)核的微處理 器內(nèi)設(shè)有數(shù)字圖像信號(hào)處理模塊、圖像實(shí)時(shí)測(cè)量和動(dòng)態(tài)標(biāo)定的處理模塊、視頻預(yù)處理模 塊，數(shù)字圖像信號(hào)處理模塊為其內(nèi)部的一個(gè)支持MPEG-4格式的硬件全雙工編解碼器， 該硬件全雙工編解碼器可以對(duì)動(dòng)態(tài)采集的圖像進(jìn)行壓縮及解壓縮；而圖像實(shí)時(shí)測(cè)量和動(dòng)態(tài)標(biāo)定處理模塊則在動(dòng)態(tài)數(shù)字圖像上疊加標(biāo)定尺，配合物理標(biāo)尺，測(cè)定系統(tǒng)的標(biāo)定值， 然會(huì)根據(jù)事先保存的標(biāo)定值，在動(dòng)態(tài)數(shù)字圖像繪制測(cè)量工具，如十字刻度尺，對(duì)物體進(jìn) 行測(cè)量；視頻預(yù)處理模塊則實(shí)現(xiàn)了 Bayer插值、色度空間轉(zhuǎn)換、圖像縮放、白平衡、Gamma 校正、ADNR去噪、亮度、飽和度、對(duì)比度調(diào)節(jié)等處理，從而提高圖像拍攝質(zhì)量；經(jīng)預(yù) 處理后的數(shù)字圖像信號(hào)利用圖像實(shí)時(shí)測(cè)量和動(dòng)態(tài)標(biāo)定處理模塊進(jìn)行視頻字符疊加實(shí)現(xiàn) 在動(dòng)態(tài)的圖像上疊加測(cè)量標(biāo)尺和十字線等測(cè)量工具圖形進(jìn)行測(cè)量功能，支持USB鼠標(biāo) 或觸摸屏操作。疊加后的數(shù)字圖像信號(hào)通過嵌入式微處理器的LCD控制器輸出至TFT LCD實(shí)現(xiàn)高分辨率的真彩色顯示，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字圖像信號(hào)的壓縮成圖像或視頻文 件并儲(chǔ)存在NANDFLASH或外部SD卡儲(chǔ)存器中；另外嵌入式操作系統(tǒng)支持對(duì)儲(chǔ)存的 圖像視頻文件瀏覽、播放功能。視頻D/A轉(zhuǎn)換器的作用是把上述數(shù)字圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成模 擬信號(hào)輸送至VGA、 RCA接口，支持外部擴(kuò)展的顯示設(shè)備。上述經(jīng)處理后的圖像數(shù)據(jù) 可以通過以太網(wǎng)接口或者WLAN的WIFI模塊實(shí)現(xiàn)多臺(tái)顯微鏡的聯(lián)網(wǎng)，方便的實(shí)現(xiàn)資源 共享和教學(xué)互動(dòng)功能。CMOS圖像傳感器通過電纜與像信息處理單元相連，這里采用的電纜為HDMI連接 線，因?yàn)镠DMI連接線支持5Gbps的數(shù)據(jù)傳輸率，最遠(yuǎn)可傳輸達(dá)15米，同時(shí)還解決了 CMOS圖像傳感器和顯微鏡主體連接線在高速數(shù)據(jù)傳輸過程中的EMI (電磁干擾)和 EMC (電磁兼容性)問題。圖像信息處理單元中的以太網(wǎng)接口和無線WLAN模塊的設(shè)置，可以支持多臺(tái)顯微 鏡間或顯微鏡和PC間的互相通訊和資源共享，方便實(shí)現(xiàn)教學(xué)互動(dòng)功能。這里無線WLAN 模塊采用了正EE802.11b/g協(xié)議的wi-fi模塊，支持無線局域網(wǎng)或者訪問外部Internet, 避免煩瑣的布線工程，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)顯微鏡無線聯(lián)網(wǎng)，方便應(yīng)用于教學(xué)互動(dòng)等領(lǐng)域。圖像信息處理單元中的VGA接口、 USB接口、 SD卡接口、 RCA接口可以使本實(shí) 用新型的數(shù)碼顯微鏡與外部設(shè)備進(jìn)行擴(kuò)展通訊。外部存儲(chǔ)器SD插座、視頻D/A轉(zhuǎn)換器、VGA、 RCA模擬視頻接口、 USB2.0接口、 音頻模塊、TFT LCD帶觸摸功能的顯示屏幕、以太網(wǎng)接口、 WLAN無線網(wǎng)絡(luò)模塊，可 以使本實(shí)用新型的數(shù)碼顯微鏡與外部設(shè)備進(jìn)行擴(kuò)展通訊。另外，由于有嵌入式操作系統(tǒng)友好的人機(jī)界面，通過USB接口還可以實(shí)現(xiàn)USB鼠 標(biāo)對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)的操作。基于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)碼顯微鏡的運(yùn)行過程上電后，嵌入式微處理器先開始對(duì)外圍 模塊設(shè)備進(jìn)行初始化，然后啟動(dòng)嵌入式操作系統(tǒng)Windows ce或者Linux,基于該操作系 統(tǒng)平臺(tái)下完成對(duì)圖像信號(hào)的采集、預(yù)處理、OSD字符疊加、MPEG-4硬件編碼、存儲(chǔ)、 輸出等操作。CMOS圖像傳感器把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成幀同步信號(hào)、行同步信號(hào)、象素點(diǎn)時(shí)鐘 信號(hào)輸入至嵌入式微處理器(基于ARM9內(nèi)核)，經(jīng)嵌入式微處理器處理后數(shù)字圖像信 號(hào)輸出至TFT LCD顯示器實(shí)現(xiàn)24bit真彩色高分辨率顯示(支持不同的LCD尺寸和分辨率)；同時(shí)經(jīng)硬件MPEG-4編解碼器編碼壓縮并儲(chǔ)存到內(nèi)部NANDFLASH或者外部 SD卡存儲(chǔ)器上；采用動(dòng)態(tài)圖像測(cè)量軟件實(shí)現(xiàn)在不同放大倍率下標(biāo)尺的標(biāo)定和對(duì)數(shù)字圖 像的實(shí)時(shí)測(cè)量功能，并且可以對(duì)測(cè)量的圖像數(shù)據(jù)保存以及瀏覽；圖像數(shù)據(jù)支持通過以太 網(wǎng)接口或者WLAN的WIFI模塊實(shí)現(xiàn)多臺(tái)顯微鏡的聯(lián)網(wǎng)，方便的實(shí)現(xiàn)資源共享和教學(xué)互 動(dòng)功能。
權(quán)利要求1、一種基于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)碼顯微鏡，包括顯微鏡主體、圖像信息采集單元、圖像信息處理單元及與該圖像信息處理單元相連的圖像顯示單元，所述圖像信息處理單元包括具有圖像信號(hào)處理模塊的微處理器和用來儲(chǔ)存處理后的圖像信號(hào)的存儲(chǔ)器，其特征在于所述微處理器為裝載有嵌入式操作系統(tǒng)的微處理器，并且該微處理器還具有圖像實(shí)時(shí)測(cè)量和動(dòng)態(tài)標(biāo)定處理模塊。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)碼顯微鏡，其特征在于所述圖像 顯示單元的背部固定有支撐桿，所述顯微鏡主體上方設(shè)有供所述支撐桿插入的安裝孔。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)碼顯微鏡，其特征在于所述圖像信息處理單元還包括有一視頻D/A轉(zhuǎn)換器、VGA接口、 RCA接口，所述視頻D/A轉(zhuǎn)換 器與所述微處理器相連，所述VGA接口、 RCA接口均與所述D/A轉(zhuǎn)換器相連。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)碼顯微鏡，其特征在于所述圖像 顯示單元通過兩邊帶有插頭的電纜與所述圖像信息處理單元的VGA接口相連。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)碼顯微鏡，其特征在于所述圖像 信息處理單元還包括有至少一種以下接口之一或其組合以太網(wǎng)接口， USB接口、 SD 卡接口和無線網(wǎng)絡(luò)接口。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)碼顯微鏡，其特征在于所述圖像信息處理單元還包括有音頻輸入接口和音頻輸出接口，該頻輸入接口和音頻輸出接口均 與所述微處理器相連。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)碼顯微鏡，其特征在于所述圖像信息顯示單元為觸摸型TFT LCD顯示器。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)碼顯微鏡，其特征在于所述微處 理器為具有MPEG—4的硬件編解碼處理模塊的微處理器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)碼顯微鏡，包括顯微鏡主體、圖像信息采集單元、圖像信息處理單元及與該圖像信息處理單元相連的圖像顯示單元，所述圖像信息處理單元包括具有圖像信號(hào)處理模塊的微處理器和用來儲(chǔ)存處理后的圖像信號(hào)的存儲(chǔ)器，其特征在于所述微處理器為裝載有嵌入式操作系統(tǒng)的微處理器，并且該微處理器還具有圖像實(shí)時(shí)測(cè)量和動(dòng)態(tài)標(biāo)定處理模塊。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于通過在微處理器為裝載嵌入式操作系統(tǒng)，并且在微處理器內(nèi)設(shè)置圖像實(shí)時(shí)測(cè)量和動(dòng)態(tài)標(biāo)定處理模塊，其處理能力強(qiáng)大，容易擴(kuò)展新功能，還可以對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察、測(cè)量還能動(dòng)態(tài)進(jìn)行標(biāo)定；處理信息的效率高，功耗小。
文檔編號(hào)H04N7/26GK201218869SQ20082012157
公開日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2008年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月17日
發(fā)明者旭 吳, 杜群鋒, 鳴 楊 申請(qǐng)人:寧波永新光學(xué)股份有限公司