数字化显微图像分析检测系统的设计研究

　　1　前　言

　　光学显微镜的发明和应用,是人类从宏观进入到微观世界认识自然的跃进,籍助显微镜人们看到了细菌、细胞、微血管和种种生物组织,从而为现代生物 学、现代医学的建立和发展奠定了基础;直到今天,尽管已发展了种种高新技术结晶的新颖显微系统(如可以“看到”原子的隧道扫描电子显微镜、原子力显微镜 等),但光学显微镜仍然是最广泛使用,为人类认识自然、改造自然仍在作出巨大贡献的手段,尤其在生物、医学、环保、微细材料(如纳米材料)、微细器件(如 高集成度微电子器件)等等领域的研究、临床、生产工作中,光学显微分析仍是大量应用的基本观测手段。

　　但是,传统的光学显微观测方法不但是效率低、劳动强度大的单人肉眼主观观测过程,而且光学显微图像只能通过显微摄影予以记录、见到什么图像只能 拍什么图像,不能对图像进行必要的处理、不能快速存贮和复现、更不能通过网络远距离传输图像信息。因此,在这信息时代,传统的目视光学显微观测已经远远不 适应时代发展的新要求;在另一方面,近年来微电子技术、计算机技术等领域的快速发展,已经在微电子器件、数字化硬件、数据处理技术和软件方面,为传统目视 光学显微观测技术和仪器向光电数字化方向跃升,提供了良好的、广泛的条件和基础。

　　利用现代光电转换、计算机硬件、数据和图像处理软件,实现光学显微图像光电数字化,将难以观测的显微镜视光学图像,变成在计算机屏幕上的大面 积、高亮度、真彩色图像,不但可供多人同时轻松观测分析,而且还可对屏幕上的图像作种种处理(例如缩放、切割、转移、颠倒…)或应用多媒体技术实现图像、 文字、图形、声音多媒体综合效果,并可随时存贮或复现,更可通过网络向远方传输。这是数字化显微图像技术的基本内容,是显微观测的第一步跃升;如何针对具 体应用领域不同的观测要求,开发设计适用的图像处理技术和信息处理技术,对原始图像进行“加工”、从中“提取”更多符合我们所要求的信息,则是数字化显微 图像系统的进一步发展:由不满足于“能看到什么就是什么”转到向“想怎么看就怎么看”理想的发展,就需要使信息的获取和处理更加准确、有效^[1,2,3]。

　　2　光学显微图像的光电数字化转换

　　在光学显微镜中,显微物镜将试样形成放大的实像,目镜系统再将其形成供给人眼观测的放大虚像。如要拍摄显微图像,则换上摄影目镜(投影透镜)将 物镜实像再次放大成实像,投射到感光片上。如果将物镜形成的实像通过适当的光学图像适配器以一定缩放倍率成像、投射到光电探测器光敏元件的接受面上,将光 学显微图像的不同光强分布图形转换成电荷、电流不同分布的“电像”,通过适当的图像采集卡,将这种“电像”模拟信号,作数字化变换和适当处理以后,就可输 入计算机获得可见的屏幕图像。