一种适用于动态目标追踪成像的多功能显微镜

来源: 发布时间:2023-12-04 浏览次数:1191
基本信息

第一作者姓名:符语桐

性别:女

民族:满族

第一作者学校:清华大学附属实验学校

第一作者人所在年级:初二

第二作者姓名:李辰暄

性别:男

民族:汉族

第二作者人所在学校:清华大学附属实验学校

第二作者人所在年级:初二

第三作者姓名:顼博然

性别:男

民族:汉族

第三作者人所在学校:清华大学附属实验学校

第三作者人所在年级:初二

辅导教师姓名:付静


作品摘要

*结构组成:

 多功能显微镜由智能追踪显微成像系统、电动导向控制机构、轻型可拆卸多功能框架结构组合而成。其中,智能追踪显微成像系统,主要包括CCD成像传感器、多倍率物镜以及二维高精度位移载物台;电动导向控制机构,主要包括步进电机、轴向丝杠以及限位滑块。

*主要特征:

(1)实时智能追踪显微成像,倍率1500,载物台X-Y位移精度5μm,解决小位移手动控制难、精度不高、耗时的问题;(2)轴向丝杠导向电动控制,防止振动,具有精确的轴向定位,定位精度5μm,解决对焦难的问题;(3)铝型材框架支撑结构稳固牢靠且重量轻,结构简便,可拆卸易安装,可以进行多功能拓展;(4)显微成像系统可与电脑、树莓派等软件互联,可实现实时追踪并记录生物形态等功能。

*主要用途:

在基础显微镜功能的基础上,本发明作品能够进行动态生物目标、晶体结晶过程等的智能化观测,并且可拆卸、补充的多功能框架结构可改装用于3d打印机、激光切割机等设备。

*创新点:

(1)具有实时智能追踪动态显微成像的功能,适用于动态目标、大视野成像;(2)步进电机控制载物台X-Y-Z位移,操作十分简易,具有轴向导向的精确定位功能;(3)多功能框架由可拆卸的铝型材搭建,具有稳固牢靠且重量轻的支撑功能,可以重新安装改造成3d打印机,激光切割机等,实现多功能需求;(4)安装简易,性价比高,适合中学生创客;(5)支持连接树莓派、电脑等外接设备,实现软硬件联通。


作品说明

*问题提出:

*提出的问题和解决的问题:

在生物实验显微观察动态目标中,常会出现找不着目标,目标活动快,难以动态追踪成像的问题,传统手动调试显微镜对焦追踪操作繁琐、速度慢,不容易进行观测结果的实时记录。针对该问题,我们想设计一款适用于中学生创客的多功能显微镜,不仅可以使显微镜实现自动追踪、软硬件互联等功能,而且还可以进行多功能拓展应用。

研究问题的原因和意义:

本项目研究可以用于生物实验中的显微观察动态目标,提高观察效率。

*解决方案:

解决问题的办法:

(1)针对传统手动调试显微镜对焦追踪操作繁琐的问题,我们采用微型步进电机结合高精度位移载物台,精确控制样品在X、Y、Z轴的位置移动,其中Z轴导向是由轴向丝杠、限位滑块构成,X、Y、Z轴的位移控制精度达到5μm;使用ESP控制器进行软硬件互联,采用软件控制,通过多倍率物镜,能够实现活动目标的实时智能对焦追踪显微成像,相比传统手动控制显微镜的方式,操作简易,位移精度高,可简单快速的锁定并观察动态小目标。(2)针对显微成像观测结果实时记录的需求,我们采用CCD成像传感器,结合显微镜物镜,可以完整有效地记录动态显微观测过程。(3)针对中学生创客器材的多功能、高性价比需求,我们采用空心铝型材搭建可拆卸的显微镜系统的的多功能框架结构,保证设备结构稳固牢靠且重量轻,安装简易,并可以将我们开发的框架结构快速、方便地改装成3D打印机、激光切割机等设备,满足了多功能拓展性的需求。

发明研究的重点:

研究的重点是开发具有实时智能追踪动态显微成像功能的显微镜,设计步进电机控制载物台,以及具有轴向导向控制的机构,并根据需要研制具有稳固牢靠且重量轻的多功能框架。

发明研究的难点:

研究难点在于如何在安装过程中保持各部件的水平、垂直位置。

发明研究的难点:

研究难点在于如何在安装过程中保持各部件的水平、垂直位置。

本发明使用方法、附图说明性文字:

目镜上方接CCD传感器,并连接电脑通讯;通过操作控制面板,控制电机进行X-Y-Z的高精移动,实现对动态物体的快速对焦成像。

*使用或试用效果:

目前已开展了动态活体单细胞生物、糖结晶过程、盐、酵母菌、霜、花瓣等显微观测,设计了实时智能追踪显微成像软件,本发明作品实现了动态目标追踪显微成像。

*优点:

本作品具有实时智能追踪显微成像的功能,适用于动态目标、大视野成像,解决了动态目标难以定位且对焦操作繁琐的问题;支持连接树莓派、电脑等外接设备,实现了显微成像系统的软硬件联通,具有稳固牢靠且重量轻的多功能框架支撑结构,安装简易,可拓展改造成3d打印机、激光切割机等;高性价比,多功能适合中学生创客。

*还需进一步研究的问题:

需要进行多功能显微镜体积的缩小、外观的美化以及结构的优化改进等。


作品图片


查新说明

*查新网址与关键词:

关键词1:多功能显微镜and动态目标and追踪成像, 结果:找到0条相关专利

关键词2:显微镜and动态目标and追踪成像, 结果:找到0条相关专利

关键词3:多功能显微镜and动态目标, 结果:找到0条相关专利

关键词4:显微镜and动态目标, 结果:找到2条相关专利

关键词5:多功能显微镜and追踪成像, 结果:找到0条相关专利

关键词6:显微镜and追踪成像,结果:找到0条相关专利

关键词7:显微镜and动态追踪,结果:找到0条相关专利

关键词8:多功能显微镜,结果:找到53条相关专利

*与本发明最相近的发明专利、研究文献的名称与摘要:

CN201910758074.4 一种生物显微镜下细胞动态特征三维图像重建的方法

摘要: 本发明提供了一种生物显微镜下细胞动态特征三维图像重建的方法,包括以下步骤:步骤一,获取光学显微镜的基准图像;步骤二,将光学显微镜的光轴调试到中心线上,准备细胞样本,定时拍摄细胞显微图像;步骤三,对拍摄好的两张合格的二维细胞显微图像进行三维重建。步骤三的实现方法具体为:(1)动态目标分割和位置计算;(2)构建视差图;(3)利用三维特征计算动态细胞图像。本发明使用立体动态对象分割的方法,确定偏差的光轴和校正,并结合视差图和初始图像的2D特征估算细胞的3D特征从而完成细胞动态特征三维图像重建。本发明可以快速地确定距离的实际值,细胞的轮廓,并保留所有源信息的价值,有效地解决动力问题分析。

*自我查新结论:

新颖