自動控制：網(wǎng)絡(luò)顯微鏡初顯雛形

自動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操作，載物臺移動、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。很長時間以來，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，手動操作顯微鏡的方式在一些方面限制了人類對微觀世界更深入、更**、更細(xì)微的探索。這些限制包括：
一是手動操作的局限性。觀察鏡下標(biāo)本時，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)換不同物鏡時調(diào)整焦點(diǎn)，切換高低倍物鏡時轉(zhuǎn)換聚光鏡，如此等等，無法實(shí)現(xiàn)對圖像的智能化處理。
二是**操作難度大。傳統(tǒng)顯微鏡對鏡下標(biāo)本的觀察主要是基于技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)，在應(yīng)用顯微鏡對微型物體進(jìn)行顯微觀察時，尤其在實(shí)現(xiàn)對標(biāo)本做**定點(diǎn)重復(fù)觀察采樣時，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)多個特征位置記憶，操作者無法**地對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甚至幾百成千個視野。這種需求依靠操作者通過移動鏡頭獲取一個個的視野進(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。
面對這些情況，手動式顯微鏡需要在操作方式上做重大的變革。自動控制顯微鏡正是在這種需求的驅(qū)動下出現(xiàn)的。
自動控制顯微鏡技術(shù)原理
可以認(rèn)為，自動控制顯微鏡是傳統(tǒng)顯微鏡質(zhì)的升級，它改變了人類操作傳統(tǒng)顯微鏡的方式。簡單地講，自動控制顯微鏡集成了光學(xué)顯微鏡技術(shù)、機(jī)電技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、數(shù)碼成像技術(shù)等多個本來不相關(guān)的技術(shù)，將顯微鏡鏡檢從手工操作升級為電控自動化操作。
首先自動控制顯微鏡改變了傳統(tǒng)顯微鏡的手動操作方式。自動控制顯微鏡主要通過機(jī)電系統(tǒng)和計算機(jī)設(shè)備，把一些原來由手動操作的機(jī)械動作轉(zhuǎn)由機(jī)電控制完成，于是，多個特征點(diǎn)記憶自動回溯、物鏡與照明自動匹配、厚度不均勻切片焦距自動校正、不同物鏡光軸、齊焦、自動補(bǔ)償和高低倍物鏡轉(zhuǎn)換聚光鏡自動切換等傳統(tǒng)顯微鏡不能完成的任務(wù)由自動控制系統(tǒng)和計算機(jī)實(shí)現(xiàn)了。
二是改變了單一變量的傳統(tǒng)顯微鏡下檢測的模式，發(fā)展到自動顯微平臺控制的動態(tài)檢測、顯微鏡設(shè)備間的協(xié)調(diào)控制、檢測過程優(yōu)化控制，大大提高運(yùn)用顯微鏡的自動化水平和工作效率，提高了運(yùn)用顯微鏡觀察的**性和工作效率。
三是自動控制顯微鏡將鏡下視野圖像從單幅肉眼觀察升級為計算機(jī)控制高速全景自動拼圖，自動控制顯微鏡可以通過計算機(jī)顯示器實(shí)時動態(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，同時自動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、自動回位，支持多幅生物組織顯微圖像自動拼接。
四是支持顯微鏡景深自動擴(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，難以各個層面都清晰顯示，增大放大倍數(shù)時更加明顯。自動控制顯微鏡可以實(shí)現(xiàn)對標(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。
*初的自動控制顯微鏡大多依托通用平臺進(jìn)行技術(shù)開發(fā)。經(jīng)過改進(jìn)，新型自動控制顯微鏡采用了嵌入式多處理器多任務(wù)開發(fā)平臺，由多個嵌入式CPU實(shí)現(xiàn)對多個任務(wù)對象——控制對象的自動控制，即對自動顯微鏡的多個步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行自動控制。嵌入式系統(tǒng)相對于通用平臺來說具有不可比擬的優(yōu)勢：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)使顯微鏡和自動控制系統(tǒng)高度集成，渾然一體；自動控制靈活自如，數(shù)據(jù)通訊快速可靠；脫離計算機(jī)系統(tǒng)獨(dú)立操縱顯微鏡的自動控制模式，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，模擬顯微鏡手動操作方式，使顯微鏡的操控與普通控制臺相比更加流暢，可實(shí)現(xiàn)鏡頭向任意方向做全方位的移動。
自動控制顯微鏡的發(fā)展前景
如果說自動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︼@微鏡的認(rèn)識。
已經(jīng)獲得國家**的新型自動控制顯微鏡實(shí)現(xiàn)了第三代遠(yuǎn)程實(shí)時病理會診系統(tǒng)。這套系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)就是實(shí)現(xiàn)顯微鏡的自動化控制，只有實(shí)現(xiàn)了顯微鏡載物臺XYZ三軸、物鏡轉(zhuǎn)換、顯微鏡燈光的自動控制，才能使在異地的會診專家通過計算機(jī)和因特網(wǎng)，遙控申請會診方的自動顯微鏡，賦予病理專家在實(shí)時遠(yuǎn)程病理會診全過程中的主動權(quán)。
然而，當(dāng)研發(fā)者們把自動控制顯微鏡的應(yīng)用前景定位醫(yī)療領(lǐng)域時，來自石油開采、礦物勘探、新材料開發(fā)的有關(guān)機(jī)構(gòu)也來咨詢新型自動控制顯微鏡。來自各個研究與應(yīng)用方向的單位都關(guān)注自動控制顯微鏡能自動完成載物臺移動、自動聚焦、物鏡轉(zhuǎn)換、照明光源調(diào)控、聚光鏡位置和色溫調(diào)整等一系列自動控制過程，能實(shí)現(xiàn)對標(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)和精神財富？北京普利生儀器有限公司總經(jīng)理、新型自動顯微鏡的主要研制者陳生認(rèn)為，自動控制顯微鏡不僅僅是對傳統(tǒng)顯微鏡的改進(jìn)與升級，*重要的是它改變了人類憑經(jīng)驗(yàn)靠肉眼手動操作顯微鏡的操作方式，雖然目前自動控制顯微鏡的應(yīng)用前景還不可預(yù)知，但是自動控制顯微鏡終將成為未來使用的顯微鏡。通過對自動控制顯微鏡在遠(yuǎn)程病理會診中的成功應(yīng)用，可以認(rèn)為自動控制顯微鏡預(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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