自動(dòng)控制：網(wǎng)絡(luò)顯微鏡初顯雛形

自動(dòng)控制顯微鏡改變顯微鏡操作方式

顯微鏡是一種常用的光學(xué)儀器，人類用它探索微觀世界。然而，各式各樣的顯微鏡的操作方式主要基于操作者手動(dòng)操作，載物臺(tái)移動(dòng)、鏡頭聚焦、物鏡轉(zhuǎn)換、照明光源調(diào)控、聚光鏡位置和色溫調(diào)整等一系列操作均由人工操作完成。很長(zhǎng)時(shí)間以來，這樣的顯微鏡在一定程度上滿足了人類觀察微觀世界的需要。然而，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，手動(dòng)操作顯微鏡的方式在一些方面限制了人類對(duì)微觀世界更深入、更**、更細(xì)微的探索。這些限制包括：
一是手動(dòng)操作的局限性。觀察鏡下標(biāo)本時(shí)，操作者要經(jīng)常調(diào)整物鏡與照明的匹配，校正觀察不均勻切片的焦距，轉(zhuǎn)換不同物鏡時(shí)調(diào)整焦點(diǎn)，切換高低倍物鏡時(shí)轉(zhuǎn)換聚光鏡，如此等等，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的智能化處理。
二是**操作難度大。傳統(tǒng)顯微鏡對(duì)鏡下標(biāo)本的觀察主要是基于技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)，在應(yīng)用顯微鏡對(duì)微型物體進(jìn)行顯微觀察時(shí)，尤其在實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)本做**定點(diǎn)重復(fù)觀察采樣時(shí)，操作者的經(jīng)驗(yàn)就有些力不從心了，由此產(chǎn)生的誤差也是不可知的。
三是難以實(shí)現(xiàn)多個(gè)特征位置記憶，操作者無法**地對(duì)前幾次或幾十次的位置快速定位。
四是實(shí)現(xiàn)多視野的拼接和觀察的難度大。傳統(tǒng)顯微鏡鏡下的視野是有限的，而鏡下的標(biāo)本要全部觀察到需要幾十個(gè)甚至幾百成千個(gè)視野。這種需求依靠操作者通過移動(dòng)鏡頭獲取一個(gè)個(gè)的視野進(jìn)行拼接是難以完成的。
五是無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，即操作者無法操作異地的顯微鏡，這與如今網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制技術(shù)的發(fā)展是不相符的。
面對(duì)這些情況，手動(dòng)式顯微鏡需要在操作方式上做重大的變革。自動(dòng)控制顯微鏡正是在這種需求的驅(qū)動(dòng)下出現(xiàn)的。
自動(dòng)控制顯微鏡技術(shù)原理
可以認(rèn)為，自動(dòng)控制顯微鏡是傳統(tǒng)顯微鏡質(zhì)的升級(jí)，它改變了人類操作傳統(tǒng)顯微鏡的方式。簡(jiǎn)單地講，自動(dòng)控制顯微鏡集成了光學(xué)顯微鏡技術(shù)、機(jī)電技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)碼成像技術(shù)等多個(gè)本來不相關(guān)的技術(shù)，將顯微鏡鏡檢從手工操作升級(jí)為電控自動(dòng)化操作。
首先自動(dòng)控制顯微鏡改變了傳統(tǒng)顯微鏡的手動(dòng)操作方式。自動(dòng)控制顯微鏡主要通過機(jī)電系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)設(shè)備，把一些原來由手動(dòng)操作的機(jī)械動(dòng)作轉(zhuǎn)由機(jī)電控制完成，于是，多個(gè)特征點(diǎn)記憶自動(dòng)回溯、物鏡與照明自動(dòng)匹配、厚度不均勻切片焦距自動(dòng)校正、不同物鏡光軸、齊焦、自動(dòng)補(bǔ)償和高低倍物鏡轉(zhuǎn)換聚光鏡自動(dòng)切換等傳統(tǒng)顯微鏡不能完成的任務(wù)由自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了。
二是改變了單一變量的傳統(tǒng)顯微鏡下檢測(cè)的模式，發(fā)展到自動(dòng)顯微平臺(tái)控制的動(dòng)態(tài)檢測(cè)、顯微鏡設(shè)備間的協(xié)調(diào)控制、檢測(cè)過程優(yōu)化控制，大大提高運(yùn)用顯微鏡的自動(dòng)化水平和工作效率，提高了運(yùn)用顯微鏡觀察的**性和工作效率。
三是自動(dòng)控制顯微鏡將鏡下視野圖像從單幅肉眼觀察升級(jí)為計(jì)算機(jī)控制高速全景自動(dòng)拼圖，自動(dòng)控制顯微鏡可以通過計(jì)算機(jī)顯示器實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示當(dāng)前采集的圖像，操作者不必頻繁地通過目鏡觀察樣品情況，同時(shí)自動(dòng)圖文處理軟件將全景圖像傳遞替代單視野圖，用連續(xù)圖像替代分列圖像，并支持顯微圖像同步瀏覽、自動(dòng)回位，支持多幅生物組織顯微圖像自動(dòng)拼接。
四是支持顯微鏡景深自動(dòng)擴(kuò)展技術(shù)。普通顯微鏡都有固定的景深，在縱向變化范圍較大的情況下，難以各個(gè)層面都清晰顯示，增大放大倍數(shù)時(shí)更加明顯。自動(dòng)控制顯微鏡可以實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)本各層面進(jìn)行聚焦圖像處理，可以得到各點(diǎn)均清晰聚焦的整幅圖像。
*初的自動(dòng)控制顯微鏡大多依托通用平臺(tái)進(jìn)行技術(shù)開發(fā)。經(jīng)過改進(jìn)，新型自動(dòng)控制顯微鏡采用了嵌入式多處理器多任務(wù)開發(fā)平臺(tái)，由多個(gè)嵌入式CPU實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)任務(wù)對(duì)象——控制對(duì)象的自動(dòng)控制，即對(duì)自動(dòng)顯微鏡的多個(gè)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制。嵌入式系統(tǒng)相對(duì)于通用平臺(tái)來說具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)：一是嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件是為產(chǎn)品量身定制、去除冗余的，在同樣的硅片面積上實(shí)現(xiàn)更高的性能，增強(qiáng)了產(chǎn)品的抗干擾性，提高了可靠性，并且降低了能耗。二是嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲(chǔ)器芯片或單片機(jī)本身中，而不是存貯于磁盤等載體中，這樣可以提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性。三是嵌入式結(jié)構(gòu)使顯微鏡和自動(dòng)控制系統(tǒng)高度集成，渾然一體；自動(dòng)控制靈活自如，數(shù)據(jù)通訊快速可靠；脫離計(jì)算機(jī)系統(tǒng)獨(dú)立操縱顯微鏡的自動(dòng)控制模式，使鏡下瀏覽觀察更為快捷方便。四是在操作方式上出現(xiàn)了光電軌跡球控制器，運(yùn)用人體工程學(xué)設(shè)計(jì)，模擬顯微鏡手動(dòng)操作方式，使顯微鏡的操控與普通控制臺(tái)相比更加流暢，可實(shí)現(xiàn)鏡頭向任意方向做全方位的移動(dòng)。
自動(dòng)控制顯微鏡的發(fā)展前景
如果說自動(dòng)控制顯微鏡改變了人類操作顯微鏡的方式，那么它也許將要改變?nèi)祟悓?duì)顯微鏡的認(rèn)識(shí)。
已經(jīng)獲得國(guó)家**的新型自動(dòng)控制顯微鏡實(shí)現(xiàn)了第三代遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)病理會(huì)診系統(tǒng)。這套系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)就是實(shí)現(xiàn)顯微鏡的自動(dòng)化控制，只有實(shí)現(xiàn)了顯微鏡載物臺(tái)XYZ三軸、物鏡轉(zhuǎn)換、顯微鏡燈光的自動(dòng)控制，才能使在異地的會(huì)診專家通過計(jì)算機(jī)和因特網(wǎng)，遙控申請(qǐng)會(huì)診方的自動(dòng)顯微鏡，賦予病理專家在實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程病理會(huì)診全過程中的主動(dòng)權(quán)。
然而，當(dāng)研發(fā)者們把自動(dòng)控制顯微鏡的應(yīng)用前景定位醫(yī)療領(lǐng)域時(shí)，來自石油開采、礦物勘探、新材料開發(fā)的有關(guān)機(jī)構(gòu)也來咨詢新型自動(dòng)控制顯微鏡。來自各個(gè)研究與應(yīng)用方向的單位都關(guān)注自動(dòng)控制顯微鏡能自動(dòng)完成載物臺(tái)移動(dòng)、自動(dòng)聚焦、物鏡轉(zhuǎn)換、照明光源調(diào)控、聚光鏡位置和色溫調(diào)整等一系列自動(dòng)控制過程，能實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)本圖像的**定位、多視野全范圍的觀察，以及圖像記憶回放的功能。
這種情況不禁讓研發(fā)者們浮想聯(lián)翩：自動(dòng)顯微鏡到底可以做什么？它帶給人類的是一種什么樣的物質(zhì)和精神財(cái)富？北京普利生儀器有限公司總經(jīng)理、新型自動(dòng)顯微鏡的主要研制者陳生認(rèn)為，自動(dòng)控制顯微鏡不僅僅是對(duì)傳統(tǒng)顯微鏡的改進(jìn)與升級(jí)，*重要的是它改變了人類憑經(jīng)驗(yàn)靠肉眼手動(dòng)操作顯微鏡的操作方式，雖然目前自動(dòng)控制顯微鏡的應(yīng)用前景還不可預(yù)知，但是自動(dòng)控制顯微鏡終將成為未來使用的顯微鏡。通過對(duì)自動(dòng)控制顯微鏡在遠(yuǎn)程病理會(huì)診中的成功應(yīng)用，可以認(rèn)為自動(dòng)控制顯微鏡預(yù)示著網(wǎng)絡(luò)顯微鏡的到來。
可以預(yù)見，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)控制顯微鏡與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起形成的未來的網(wǎng)絡(luò)顯微鏡就會(huì)像已經(jīng)和即將實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程控制設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)家電等新產(chǎn)品和新概念一樣成為顯微鏡技術(shù)的發(fā)展方向。

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