一种基于光斑检测的可视化样品定位操作系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于光斑检测的可视化样品定位操作系统及方法，它包括可见光激光光源、准直扩束单元、光束聚焦单元、电控移动样品台、CCD图像采集单元和计算机，电控移动样品台上装载有一待测样品；可见光激光光源出射的可见激光依次经准直扩束单元和光束聚焦单元后形成锥形标示光路，标示光路发射到待测样品上形成标示光斑，CCD图像采集单元采集标示光斑并将其发送到计算机，计算机对接收的标示光斑图像进行处理得到标示光斑参数信息，通过标示光斑信息判断标示光斑的离焦状态进而搜索得到对焦位置，并根据搜索得到的对焦位置控制电控移动样品台对待测样品位置进行调节，实现待测样品的自动对焦。本发明专利技术可以广泛应用于样品自动定位操作中。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，它包括可见光激光光源、准直扩束单元、光束聚焦单元、电控移动样品台、CCD图像采集单元和计算机，电控移动样品台上装载有一待测样品；可见光激光光源出射的可见激光依次经准直扩束单元和光束聚焦单元后形成锥形标示光路，标示光路发射到待测样品上形成标示光斑，CCD图像采集单元采集标示光斑并将其发送到计算机，计算机对接收的标示光斑图像进行处理得到标示光斑参数信息，通过标示光斑信息判断标示光斑的离焦状态进而搜索得到对焦位置，并根据搜索得到的对焦位置控制电控移动样品台对待测样品位置进行调节，实现待测样品的自动对焦。本专利技术可以广泛应用于样品自动定位操作中。【专利说明】
本专利技术涉及一种高精度样品自动定位操作系统及方法，特别是关于。
技术介绍
在许多精密测量仪器中，尤其是一些非接触式的、以不可见光波作为测量手段的仪器，如太赫兹光谱仪、红外光谱仪、紫外光谱仪等，测量样品的人工操作或操作模块自动化程度过低会大幅影响样品测量点的定位，从而影响测量精度与速度。因此样品的精确定位与自动操作控制系统对于提高仪器的性能十分关键。样品定位操作系统一般包括位置传感模块和伺服控制模块。在测量样品定位操作的实际应用中，仪器操作者往往需要实时监测样品位置信息来选择样品表面的测量点，选定测量点后再将样品精确定位至测量位置，因此对样品伺服控制系统提出了可视化监控、精确自动定位样品的要求。如上所述以不可见光波作为探测手段的仪器中，测量时需要保证测量光路焦点处于样品表面待测点位置处；另外，现有样品定位操作系统通常采用接触式定位方式将样品移动至特定测量位置，其可调性和灵活性较差，在测量光路调整时难以方便地调整定位位置；而且，现有位置传感技术缺乏可视化操作功能，给操作者带来不便，尤其是不可见波段光谱仪，在现有的无标示定位手段下操作者难以监测测量光波，因此无法判断样品测量点是否已精确定位。因此上述因素导致现有技术中的样品定位操作模块的友好程度不高，不能满足太赫兹时域光谱仪等精密测量仪器的样品自动化操作需求。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供，能够实现样品的可视化监控和精确快捷的自动定位操作。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案:一种基于光斑检测的可视化样品定位操作系统，其特征在于:它包括一可见光激光光源、一准直扩束单元、一光束聚焦单元、一电控移动样品台、一 CCD图像采集单元和一计算机，所述电控移动样品台上装载有一待测样品；所述可见光激光光源出射的可见激光依次经所述准直扩束单元和光束聚焦单元后形成锥形标示光路，所述标示光路发射到所述待测样品上形成标示光斑，所述CCD图像采集单元采集所述标示光斑并将其发送到所述计算机，所述计算机对接收的标示光斑图像进行处理得到标示光斑参数信息,通过标示光斑参数信息判断标示光斑的离焦状态进而搜索得到对焦位置，并根据搜索得到的对焦位置控制所述电控移动样品台对所述待测样品位置进行调节，实现所述待测样品的自动对焦。所述计算机内设置一自动阈值分割光斑中心及尺寸检测单元，所述自动阈值分割光斑中心及尺寸检测单元包括一图像读取模块、一显示模块、一滤波预处理模块、一自动阈值分割模块、一光斑参数提取模块和一自动对焦模块；所述图像读取模块从所述计算机内存中读取经所述CCD图像采集单元所采集的标示光斑图像，并将其分别发送到所述显示模块和滤波预处理模块；所述显示模块用于实时显示采集到的标示光斑图像；所述滤波预处理模块对标示光斑图像进行滤波处理，并将滤波后的标示光斑图像发送到所述自动阈值分割模块；所述自动阈值分割模块通过目标窗口对滤波后的标示光斑图像中的标示光斑区域进行选择，并提取二值化光斑图像；所述光斑参数提取模块对二值化后提取的标示光斑的斑点进行筛选和几何形状补偿，得到理想的有效光斑，并通过计算有效光斑的面积进而得到有效光斑的尺寸和中心坐标，同时将计算得到的有效光斑的尺寸和中心坐标发送到所述显示模块实时显示；所述自动对焦模块根据有效光斑的尺寸判断有效光斑的离焦状态并搜索得到对焦位置，根据搜索得到的对焦位置控制所述电控移动样品台移动实现所述待测样品的自动对焦。所述(XD图像米集单兀包括一 (XD摄像头和一成像镜头，所述(XD摄像头用于摄取所述待测样品表面的标示光斑，所述成像镜头用于采集标示光斑图像，并通过数据传输接口将其发送到所述计算机。一种基于光斑检测的可视化样品定位操作系统的定位操作方法，其包括以下步骤:1)设置一包括有可见光激光光源、准直扩束单元、光束聚焦单元、电控移动样品台、CXD图像采集单元和计算机的基于光斑检测的可视化样品定位操作系统，所述计算机内设置有自动阈值分割光斑中心及尺寸检测单元，所述自动阈值分割光斑中心及尺寸检测单元包括有图像读取模块、显示模块、滤波预处理模块、自动阈值分割模块、光斑参数提取模块和自动对焦模块；2)将一待测样品装载在电控移动样品台上；3)点亮可见光激光光源，经可见光激光光源出射的可见激光依次经准直扩束单元和光束聚焦单元后形成锥形标示光路，标示光路在待测样品表面汇聚形成标示光斑；4)调节CCD图像采集单元，使待测样品和标示光斑清晰成像，并将采集的标示光斑图像发送到计算机；5)图像读取模块读取标示光斑图像并将其发送到显示模块和滤波预处理模块，显示模块显示采集的样品和标示光斑的实时监测图像；滤波预处理模块对读取的标示光斑图像进行滤波处理；自动阈值分割模块通过目标窗口对滤波后的标示光斑图像中的标示光斑区域进行选择，并提取二值化光斑图像；光斑参数提取模块对二值化光斑图像斑点进行筛选和几何形状补偿，得到理想的有效光斑，并通过计算有效光斑的面积进而得到有效光斑的尺寸和中心坐标；6)自动对焦模块根据有效光斑的尺寸判断有效光斑的离焦状态，搜索得到对焦位置即搜索得到有效光斑尺寸最小的位置；7)根据步骤6)搜索得到的对焦位置，计算机选择相应指令通过控制电控移动样品台的伺服控制系统控制电控移动样品台移动进而对待测样品位置进行调节，即将待测样品移动到有效光斑尺寸最小的位置，实现样品的自动对焦。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点:1、本专利技术包括有可见光激光光源、准直扩束单元、光束聚焦单元、电控移动样品台、CCD图像采集单元和计算机，由于将可见光激光光源作为标示光源，通过可见光波作为测量光路的标示，因此可以监测测量光波，在测量光路调整时只需调整标示光路与其耦合即可重新实现精确定位，灵活度高、适应性好。2、本专利技术的计算机内由于设置有自动阈值分割光斑中心及尺寸检测单元，自动阈值分割光斑中心及尺寸检测单元对经CCD图像采集单元采集的标示光斑图像分别进行滤波、自动阈值分割，通过光斑参数提取光斑的尺寸和中心坐标，并通过自动对焦寻找有效光斑尺寸最小的位置，根据寻找得到的有效光斑最小尺寸的位置，计算机控制电控移动样品台移动进而对样品位置进行调节，实现样品的自动对焦；因此通过对标示光斑图像进行处理获得样品位置信息，通过计算机控制精密三维电控平台进行样品定位与操作，能够使样品精确定位，此过程无接触、不影响样品测量，光路结构简单，可移植性高。3、本专利技术由于设置有显示模块，因此可以实时显示CCD图像采集单元采集的图像，并且可以对光斑的尺寸和中心坐标进行实时显示，实现样品状态实时可视化监测，因此可视化操本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光斑检测的可视化样品定位操作系统，其特征在于：它包括一可见光激光光源、一准直扩束单元、一光束聚焦单元、一电控移动样品台、一CCD图像采集单元和一计算机，所述电控移动样品台上装载有一待测样品；所述可见光激光光源出射的可见激光依次经所述准直扩束单元和光束聚焦单元后形成锥形标示光路，所述标示光路发射到所述待测样品上形成标示光斑，所述CCD图像采集单元采集所述标示光斑并将其发送到所述计算机，所述计算机对接收的标示光斑图像进行处理得到标示光斑参数信息，通过标示光斑参数信息判断标示光斑的离焦状态进而搜索得到对焦位置，并根据搜索得到的对焦位置控制所述电控移动样品台对所述待测样品位置进行调节，实现所述待测样品的自动对焦。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王崝，曹良才，金国藩，章恩耀，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：