显微镜载玻片曲面高度值的测算方法以及一种显微镜技术

本发明专利技术涉及显微成像技术领域，具体涉及测算载玻片的高度值，并通过高度值推算载玻片在显微镜体系内的位置以获得在高倍放大时能够连续扫描获得清晰图像的方法。本发明专利技术，通过一个标准载玻片作为模板获得另一个待测载玻片上所有标准测量点的高度值。该测算方法是通过位置坐标与高度值的函数方程组的换算关系获得的。本发明专利技术能够准确的测算出任一张载玻片的曲面高度，并将这种测量曲面高度的方法应用到自动扫描显微镜里面，实现对载玻片上样本物体的显微快速图像扫描。尤其是在高倍放大的镜头下，越是能够体现出本发明专利技术在成像清晰度高，以及扫描速度快，效率高，自动化的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种通过测量标准尺寸和材质的曲面物体上的若干个点的位置坐标和高度值，测算出另一个相同尺寸和材质的曲面物体的曲面上点的高度值，特别涉及可透光材质如显微镜的载玻片曲面高度值的测算方法，并应用于显微扫描以快速成像。
技术介绍
任何一种物体的外表面均可视为规则或者不规则的曲面。现代先进工艺制造出来的精密元器件的表面已经非常“平整”了，人的肉眼很难看出物体曲面“高度”的变化。但是在某些特别精密的科学领域，如光学显微镜所放大的微观世界中，细微的变化都会被放大出很多倍从而对观测的结果和通过显微镜拍摄出来的图像质量产生巨大的影响。尤其是显微镜载玻片曲面高度的变化，会使得载玻片上的样本与显微镜镜头之间的距离因为载玻片曲面高度发生细微的改变而变化。在低倍镜放大下，景深深(景深是指在显微镜镜头或其他成像器前沿能够取得清晰图像的成像所测定的被摄物体前后距离范围。在聚焦完成后，在焦点前后的范围内都能形成清晰的像，这一前一后的距离范围，便叫做景深)，对样本成像的影响有限，不需要调整调整镜头与载玻片的距离，样本与镜头的距离仍然落在景深范围内，依旧可获得清晰的像。但是在高倍放大下(如100倍以上)，景深浅，载玻片曲面细微的高度变化(微米量级)就会使得载玻片上的样本与显微镜头之间的距离超过景深的范围，观察的图像就是是模糊的，拍摄的图像也是模糊的。如上所述，载玻片曲面高度变化会对高倍放大情况下，图像质量的产生巨大的影响。同一块载玻片上会铺满样本(样本即放置于载玻片上被观测的物体，同一载玻片上会放置若干个样本，每个样本所覆盖的载玻片的一定区域范围定义为面域)，一次观测需要对若干个样本进行观察。显微镜的镜头是不动的，这样就需要通过承载载玻片的金属轨道平台在横纵两个方向上的运动，带动载玻片运动从而将样本移动至镜头的下方进行观察。为了获得清晰的像，对不同的样本就需要调整镜头和载玻片的距离，以使得样本与镜头之间的距离在景深的范围内。在低倍镜的观测需求下，景深深，故而细微的载玻片曲面高度的变化实质上是不会影响成像的清晰度的。在需要在高倍放大的情况下景深浅，如在100倍以上的高倍放大下，载玻片曲面微米级的变化，就会使得样本超出景深的范围，为此就需要人工调整镜头和载玻片的距离。而一块载玻片上有众多样本，在高倍放大情况下，每观测一次样本就需要重新调整，效率非常低，这对科学研究和技术研发带来了极大的障碍。在申请人早先申请的公开号为CN104730702的专利文献中，公开了一种实现连续扫描的显微扫描平台的拍摄方法。通过测算出载物台的高度变化，进而修正镜头与载物台上的标准玻片的距离调整的数值。但是，仍然没有解决载玻片曲面本身的曲面高度变化对显微镜拍摄图像的影响。在公开号为CN102298206的专利技术专利文献中，公开了一种聚焦方法(参见说明书第0019段)根据摄像元件所生成的输出信号来计算表示照明视场光阑的焦点偏移度的特征量；并且根据所计算的特征量来驱动照明视场光阑焦点调节机构以调节照明视场光阑成像的成像位置。该专利文献中其是根据载玻片不同厚度部位所拍摄出来的两张图片的相差图像，并根据第一图像的输出信号与第二图像的输出信号之间的强度差来计算载玻片厚度变化量(即曲面高度变化)。位置控制部根据由厚度变化量计算块所计算的厚度变化量将镜台的位置朝着照明光学系统移动。上述方案提供了根据摄像元件所生成的输出信号来计算表示照明视场光阑的焦点偏移度的特征量；并且根据所计算的特征量来驱动照明视场光阑焦点调节机构以调节照明视场光阑成像的成像位置的聚焦方法。但实际上这种方法在大于100倍的高倍显微镜下误差很大，无法实现快速自动聚焦拍照扫描。为此，申请人提供一种在高倍放大情况下，能够准确测算出载玻片曲面高度值的测算方法。并将其应用于显微镜的快速扫描的
中。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种曲面物体的曲面高度值的测算方法，通过该方法能够测算出曲面物体上曲面高度值，具体的能够应用于测算显微镜载玻片的曲面高度值，并根据高度值修正显微镜镜头与载玻片之间的距离以提供出一种能够在高倍放大下，自动对载玻片上众多样本进行扫描拍照的方法和显微镜本身。具体的，一种曲面物体的曲面高度值的测算方法，引入标准曲面物体，将标准曲面物体上的测量区域范围划分成为若干个面域，测量出每一个面域内标准测量点的位置坐标和若干个标准测量点高度值；取另一个待测曲面物体，该待测曲面物体必须与标准曲面物体具有相同的尺寸以及相同材质；将待测曲面物体上的测量区域范围划分出与标准曲面物体相同数目的面域；测量待测曲面物体测量区域范围内若干个标准测量点的位置坐标和高度值，并带入测算待测曲面物体高度值的方程组中，获得关于位置坐标与高度值的函数方程；将待测曲面物体曲面上任意一个面域的标准测量点位置坐标带入位置坐标与高度值的函数方程中测算获得该标准测量点的高度值。本专利技术提供的曲面物体的曲面高度值的测算方法是针对同种材质，同种尺寸的物体所提出的技术方案，优选的是底面为矩形的物体。其中所述的测量区域范围是指利用成像工具所能成像的面积范围，成像工具如显微镜，摄像机，照相机但限于光学成像设备。通过光学设备的测量体系中获取标准的曲面物体的位置坐标，确定该曲面物体在平面坐标象限中的位置从而能够对测量区域范围内每一个点进行标记，并将测量出来的高度物理量转换成为显示系统显示和计算机程序能够计算的数据。这个在光学设备系统中表示高度物理量的数据定义为高度值。任何变化的物理现象都可以通过数学式表达出反应其变化规律定量计算方法，应用能够反应变化规律的数学式，输入一个可测量的量从而测算出符合该规律下的待测值，是本专利技术专利的技术思路。在本专利技术中可测量为标准曲面物体的位置坐标和标准曲面物体上面域内的标准测量点的高度值。在标准曲面物体是指在一种材质和尺寸下的模板物体。待测曲面物体是与标准曲面物体具有相同材质和尺寸的另一曲面物体。相同尺寸至少指具有相同的底面积或者具有相同的底面形状或者具有相同的长度和宽度。面域为成像工具一次成像的面积范围。标准测量点为成像工具的成像中心点投影于面域内的点。本专利技术就是通过测量一个标准曲面物体为模板的标准测量点的位置坐标和曲面上若干个高度值，利用数学式，测算出待测曲面物体的标准测量点的高度值。进一步的，至少要测量出标准曲面物体的测量区域范围沿着X轴方向上边界线上全部标准测量点的高度值，沿着Y轴方向上边界线上全部标准测量点的高度值，以及相对于标准曲面物体的测量区域范围内位置坐标距离原点最远的标准测量点的高度值。进一步的，所述的标准曲面物体与待测曲面物体上的标准测量点之间的位置坐标是一一对应关系。这里所谓的一一对应关系理解成为标准曲面物体与待测曲面物体的形状是完全相同的，放置于相同坐标系能够使得两个物体的位置坐标完全重合。进一步的，基于测量设备测量过程中所建立的三位坐标系，在测量体系的X轴方向上、Y轴方向上划分表示长度测量单位的刻度值，则标准曲面物体和待测曲面物体的标准测量点的位置坐标能够通过坐标值表示出来，高度值通过测量设备通过电子设备测量并表示出来，高度值是可被电子计算机计算的数值，高度值对应的是标准测量点在测量设备的测量体系中Z轴方向上的位置。所谓的三维坐标系是虚拟的坐标系，通常情况下，在成像设备自身即构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种曲面物体的曲面高度值的测算方法，引入标准曲面物体，将标准曲面物体上的测量区域范围划分成为若干个面域，测量出每一个面域内标准测量点的位置坐标和若干个标准测量点高度值；取另一个待测曲面物体，该待测曲面物体必须与标准曲面物体具有相同的尺寸以及相同材质；将待测曲面物体上的测量区域范围划分出与标准曲面物体相同数目的面域；测量待测曲面物体测量区域范围内若干个标准测量点的位置坐标和高度值，并带入测算待测曲面物体高度值的方程组中，获得关于位置坐标与高度值的函数方程；将待测曲面物体曲面上任意一个面域的标准测量点位置坐标带入位置坐标与高度值的函数方程中测算获得该标准测量点的高度值。

【技术特征摘要】
1.一种曲面物体的曲面高度值的测算方法，引入标准曲面物体，将标准曲面物体上的测量区域范围划分成为若干个面域，测量出每一个面域内标准测量点的位置坐标和若干个标准测量点高度值；取另一个待测曲面物体，该待测曲面物体必须与标准曲面物体具有相同的尺寸以及相同材质；将待测曲面物体上的测量区域范围划分出与标准曲面物体相同数目的面域；测量待测曲面物体测量区域范围内若干个标准测量点的位置坐标和高度值，并带入测算待测曲面物体高度值的方程组中，获得关于位置坐标与高度值的函数方程；将待测曲面物体曲面上任意一个面域的标准测量点位置坐标带入位置坐标与高度值的函数方程中测算获得该标准测量点的高度值。2.根据权利要求1所述的一种曲面物体的曲面高度值的测算方法，其特征在于，至少要测量出标准曲面物体上的测量区域范围内沿着X轴方向上边界线上全部标准测量点的高度值，沿着Y轴方向上边界线上全部标准测量点的高度值，以及相对于标准曲面物体的测量区域范围内位置坐标距离原点最远的标准测量点的高度值。3.根据权利要求1或者2所述的一种曲面物体的高度值的测算方法，其特征在于，所述的标准曲面物体与待测曲面物体上的标准测量点之间的位置坐标是一一对应关系。4.根据权利要求1或者2所述的一种曲面物体的高度值的测算方法，其特征在于，基于测量设备测量过程中所建立的三位坐标系，在测量体系的X轴方向上、Y轴方向上划分表示长度测量单位的刻度值，则标准曲面物体和待测曲面物体的标准测量点的位置坐标能够通过坐标值表示出来，高度值通过测量设备通过电子设备测量并表示出来，高度值是可被电子计算机计算的数值，高度值对应的是标准测量点在测量设备的测量体系中Z轴方向上的位置。5.一种显微镜载玻片曲面高度值的测算方法，已知一个标准载玻片，将其测量区域范围划分出若干个面域，所述的测量区域范围沿X轴方向的长度为Lx，沿着Y轴方向的长度为Ly，测量区域范围内任意一个面域上的标准测量点B点的位置坐标为(x，y)，测量该点的高度值为ZB(x，y)，则沿顺时针方向测量区域范围的四个角位置点的位置坐标为(0，0)，(Lx，0)，(Lx，Ly)，(0，Ly)，测量出测量区域范围内每一个面域的标准测量点位置坐标，至少测量出沿着X轴方向上和沿着Y轴方向上两条边界线的全部高度值ZB(x，0)和ZB(0，y)，以及位置坐标为(Lx，Ｌy)的高度值ZB(Lx，Ly)；取另一个待测载玻片，其与标准载玻片的尺寸相同，待测载玻片的测量区域范围的四个角位置点的位置坐标为(0，0)，(Lx，0)，(Lx，Ｌy)，(0，Ｌy)，高度值分别为ZA(0，0)，ZA(Lx，0)，ZA(Lx，Ly)，ZA(0，Ly)，则测量区域范围内必然存在一点A点，A点位置坐标为(x，y)其与标准载玻片测量区域范围内位置坐标为(x，y)的标准测量点对应，该点的高度值为ZA(x，y)；联立以下方程：标准载玻片边界上的标准测量点的相对高度值计算公式：DB(x,0)=(xnB1+(ZB(x,0)-zB1)nB3)nB12+nB22+nB32]]>DB(0,y)=(ynB2+(ZB(0,y)-zB1)nB3)nB12+nB22+nB32---(1)]]>其中，zB1＝ZB(0，0)，zB3＝ZB(Lx，0)，zB4＝ZB(Lx，Ly)，nB1＝Ly(zB1-zB3)，nB2＝Lx(zB1-zB5)，nB3＝LxLy，(nB1，nB2，nB3)为标准载玻片上经过位置坐标为(0，0)，(Lx，0)，(0，Ly)的三个标准测量点所构成的平面的法向量；又，待测载玻片上测量区域范围内任意一个标准测量点的相对高度值计算公式DA(x,y)=DB(x,0)+fx(x,a,Lx)+DB(0,y)+fy(y,b,Ly)+xyDA(Lx,Ly)LxLy---(2)]]>其中，fx(x，a，Lx)为待测载玻片在X轴方向上边界高度值差函数，fy(y，b，Ly)为待测载玻片在Y轴方向上边界高度值差函数；又，位置坐标为(Lx，Ly)的标准测量点的相对高度值DA(Lx,Ly)=(LxnA1+LynA2+(zA4-zA1)nA3)nA12+nA22+nA32---(3)]]>其中，zA1＝ZA(0，0)，zA4＝ZA(0，Ly)；又，nA1＝Ly(zA1-zA3)，nA2＝Lx(zA1-zA5)，nA3＝LxLy，(4)其中，zA3＝ZA(Lx，Ly)，zA5＝ZA(0，Ly)；待测载玻片上测量区域范围内任意一点相对高度值DA(x，y)转为高度值ZA(x，y)公式DA(x,y)nA12+nA22+nA32=nA1x+nA2y+nA3(ZA(x,y)-zA1)---(5);]]>将前面等式(1)，(2)，(3)，(4)，(5)联立获得关于未知数a，b，zA1，zA3，zA4，zA5的方程组：DA(xi,yi)=(xnB1+(ZB(xi,0)-zB1)nB3)nB12+nB22+nB32+fx(xi,a,Lx)+(ynB2+(ZB(0,yi)-zB1)nB3)nB12+nB22+nB32+fy(yi,b,Ly)+xiyiLxLy(LxnA1+LynA2+(zA4-zA1)nA3)nA12+nA22+nA32DA(xi,yi)nA12+nA22+nA32=nA1x+nA2y+nA3(zi-zA1)nB1=Ly(zB1-zB3),nB2=Lx(zB1-zB5),nB3=LxLynA1=Ly(zA1-zA3),nA2=Lx(zA1-zA5),nA3=LxLy---(6)]]>测量获得待测载玻片测量区域范围内任意至少六个标准测量点位置坐标和高度值获得输入项(xi，yi，zi)带入方程组中，获得位置坐标与高度值的函数方程，再输...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷跃锋，
申请(专利权)人：殷跃锋，
类型：发明
国别省市：江苏;32