自動控制：網絡顯微鏡初顯雛形

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、物鏡轉換、照明光源調控、聚光鏡位置和色溫調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，隨著科學技術的發(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。觀察鏡下標本時，操作者要經常調整物鏡與照明的匹配，校正觀察不均勻切片的焦距，轉換不同物鏡時調整焦點，切換高低倍物鏡時轉換聚光鏡，如此等等，無法實現對圖像的智能化處理。
二是**操作難度大。傳統顯微鏡對鏡下標本的觀察主要是基于技術人員的經驗，在應用顯微鏡對微型物體進行顯微觀察時，尤其在實現對標本做**定點重復觀察采樣時，操作者的經驗就有些力不從心了，由此產生的誤差也是不可知的。
三是難以實現多個特征位置記憶，操作者無法**地對前幾次或幾十次的位置快速定位。
四是實現多視野的拼接和觀察的難度大。傳統顯微鏡鏡下的視野是有限的，而鏡下的標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行拼接是難以完成的。
五是無法實現遠程控制，即操作者無法操作異地的顯微鏡，這與如今網絡遠程控制技術的發(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動下出現的。
自動控制顯微鏡技術原理
可以認為，自動控制顯微鏡是傳統顯微鏡質的升級，它改變了人類操作傳統顯微鏡的方式。簡單地講，自動控制顯微鏡集成了光學顯微鏡技術、機電技術、自動控制技術、計算機技術、數碼成像技術等多個本來不相關的技術，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顯微鏡的手動操作方式。自動控制顯微鏡主要通過機電系統和計算機設備，把一些原來由手動操作的機械動作轉由機電控制完成，于是，多個特征點記憶自動回溯、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、自動補償和高低倍物鏡轉換聚光鏡自動切換等傳統顯微鏡不能完成的任務由自動控制系統和計算機實現了。
二是改變了單一變量的傳統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、顯微鏡設備間的協調控制、檢測過程優(yōu)化控制，大大提高運用顯微鏡的自動化水平和工作效率，提高了運用顯微鏡觀察的**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控制高速全景自動拼圖，自動控制顯微鏡可以通過計算機顯示器實時動態(tài)顯示當前采集的圖像，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展技術。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，增大放大倍數時更加明顯。自動控制顯微鏡可以實現對標本各層面進行聚焦圖像處理，可以得到各點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行技術開發(fā)。經過改進，新型自動控制顯微鏡采用了嵌入式多處理器多任務開發(fā)平臺，由多個嵌入式CPU實現對多個任務對象——控制對象的自動控制，即對自動顯微鏡的多個步進電機進行自動控制。嵌入式系統相對于通用平臺來說具有不可比擬的優(yōu)勢：一是嵌入式系統的硬件和軟件是為產品量身定制、去除冗余的，在同樣的硅片面積上實現更高的性能，增強了產品的抗干擾性，提高了可靠性，并且降低了能耗。二是嵌入式系統中的軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機本身中，而不是存貯于磁盤等載體中，這樣可以提高執(zhí)行速度和系統可靠性。三是嵌入式結構使顯微鏡和自動控制系統高度集成，渾然一體；自動控制靈活自如，數據通訊快速可靠；脫離計算機系統獨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了光電軌跡球控制器，運用人體工程學設計，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，可實現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人類對顯微鏡的認識。
已經獲得國家**的新型自動控制顯微鏡實現了第三代遠程實時病理會診系統。這套系統的關鍵技術就是實現顯微鏡的自動化控制，只有實現了顯微鏡載物臺XYZ三軸、物鏡轉換、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和因特網，遙控申請會診方的自動顯微鏡，賦予病理專家在實時遠程病理會診全過程中的主動權。
然而，當研發(fā)者們把自動控制顯微鏡的應用前景定位醫(yī)療領域時，來自石油開采、礦物勘探、新材料開發(fā)的有關機構也來咨詢新型自動控制顯微鏡。來自各個研究與應用方向的單位都關注自動控制顯微鏡能自動完成載物臺移動、自動聚焦、物鏡轉換、照明光源調控、聚光鏡位置和色溫調整等一系列自動控制過程，能實現對標本圖像的**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和精神財富？北京普利生儀器有限公司總經理、新型自動顯微鏡的主要研制者陳生認為，自動控制顯微鏡不僅僅是對傳統顯微鏡的改進與升級，*重要的是它改變了人類憑經驗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用前景還不可預知，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程病理會診中的成功應用，可以認為自動控制顯微鏡預示著網絡顯微鏡的到來。
可以預見，隨著網絡技術的發(fā)展，自動控制顯微鏡與網絡結合在一起形成的未來的網絡顯微鏡就會像已經和即將實現的遠程控制設備、網絡家電等新產品和新概念一樣成為顯微鏡技術的發(fā)展方向。

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