显微镜实验室系统.pdf

公开了一种用于有效教学的显微镜实验室系统。该系统包括多个学生显微镜，其中每个显微镜装有摄像头，该摄像头产生表示至少一部分学生显微镜视野的学生观察图像的图像信号；该系统还包括由视频电缆或无线技术连接到摄像头的多路控制设备，该设备基于一个或多个所选显微镜的学生视野提供复合教学图像信号；该系统还包括投影单元或其它的公共显示设备，用于在实验室中向学生演示教学图像。教师显微镜也可以连接到该系统上，并且显示图像标记工具优选地与多路控制设备连接，用于在显示的教学图像中插入教师的评注。

1.  一种显微镜实验室系统，包括：
多个学生显微镜；
多个摄像头，一个摄像头与所述多个学生显微镜的每个关联，用于产生表示至少一部分所述学生显微镜视野的学生观察图像的图像信号；
连接到所述多个摄像头的多路控制设备，用于接收所述图像信号和使教师能够选择一组所述图像信号进行显示，其中，所述多路控制设备生成从所述的所选图像信号集合中生成教学图像信号；和
连接到所述多路控制设备的显示设备，用于接收所述教学图像信号和显示包含与所述的所选图像信号集合对应的学生观察图像的教学图像。

2.  如权利要求1所述的显微镜实验室系统，进一步包括教师显微镜和摄像头，所述摄像头产生表示至少一部分所述教师显微镜视野的教师观察图像的图像信号，其中，所述多路控制设备与关联于所述教师显微镜的所述摄像头连接，用于接收其产生的所述图像信号，从而所述教学图像可选地包括所述教师观察图像。

3.  如权利要求1所述的显微镜实验室系统，其中，所述多路控制设备允许所述教师选择与所述多个学生显微镜关联的所述摄像头的所有所述图像信号作为所述的所选集合。

4.  如权利要求2所述的显微镜实验室系统，其中，所述多路控制设备允许所述教师选择与所述多个学生显微镜关联的所述摄像头的所有所述图像信号作为所述的所选集合。

5.  如权利要求1所述的显微镜实验室系统，其中，所述多路控制设备允许所述教师选择所述与多个学生显微镜中任何一个显微镜关联的所述摄像头的所述图像信号作为所述的所选集合。

6.  如权利要求2所述的显微镜实验室系统，其中，所述多路控制设备允许所述教师选择所述与多个学生显微镜中任何一个显微镜关联的所述摄像头的所述图像信号作为所述的所选集合。

7.  如权利要求1所述的显微镜实验室系统，其中，所述多路控制设备允许所述教师选择所述多个学生显微镜中一个预定子集的摄像头的所述图像信号作为所述的所选集合。

8.  如权利要求2所述的显微镜实验室系统，其中，所述多路控制设备允许所述教师选择所述多个学生显微镜中一个预定子集的摄像头的所述图像信号作为所述的所选集合。

9.  如权利要求7所述的显微镜实验室系统，其中，具有多个不同的所述学生显微镜的预定的子集。

10.  如权利要求8所述的显微镜实验室系统，其中，具有多个不同的所述学生显微镜的预定的子集。

11.  如权利要求2所述的显微镜实验室系统，其中，所述多路控制设备允许所述教师选择与所述教师显微镜关联的所述摄像头的图像信号作为所述的所选集合。

12.  如权利要求1所述的显微镜实验室系统，进一步包括连接到所述多路控制设备的显示图像标记工具，用于使所述教师能够对所述教学图像进行评注。

13.  如权利要求2所述的显微镜实验室系统，进一步包括连接到所述多路控制设备的显示图像标记工具，用于使所述教师能够对所述教学图像进行评注。

14.  如权利要求1所述的显微镜实验室系统，进一步包括连接到所述多路控制设备的计算机，所述计算机具有存储器，从而所述教学图像和所述学生观察图像可以存储在所述存储器中并从所述存储器中进行检索。

15.  如权利要求2所述的显微镜实验室系统，进一步包括连接到所述多路控制设备的计算机，所述计算机具有存储器，从而所述教学图像、所述学生观察图像和所述教师观察图像可以存储到所述存储器中并从所述存储器中进行检索。

16.  如权利要求1所述的显微镜实验室系统，其中，所述多路控制设备包括在所述教学图像中用于在每个所述学生观察图像上有选择地添加各自的标识信息的装置。

17.  如权利要求2所述的显微镜实验室系统，其中，所述多路控制设备包括在所述教学图像中用于在每个所述学生观察图像上有选择地添加各自的标识信息的装置。

18.  如权利要求1所述的显微镜实验室系统，其中，所述多路控制设备包括用于放大所述教学图像的装置。

19.  如权利要求2所述的显微镜实验室系统，其中，所述多路控制设备包括用于放大所述教学图像的装置。

20.  如权利要求1所述的显微镜实验室系统，其中，所述多路控制设备和所述多个摄像头之间的所述连接包括无线连接。

21.  如权利要求1所述的显微镜实验室系统，其中，所述显示设备和所述多路控制设备之间的所述连接包括无线连接。

22.  如权利要求1所述的显微镜实验室系统，其中，所述显示设备包括触摸屏。

23.  如权利要求1所述的显微镜实验室系统，其中，连接到所述多个摄像头用于接收所述图像信号和使教师能够选择一组所述图像信号进行显示的所述多路控制设备包括触摸屏。

显微镜实验室系统
技术领域
本发明通常涉及教学设置，其中参与者通过各自的显微镜观察标本，而且尤其涉及显微镜实验室系统，其中教师和学生可以观看全部的教学图像，该图像有选择地包含实验室中一个、一些或所有显微镜视野的图像。
背景技术
众所周知，大学和教学医院等的显微镜实验室包括接收图像信号的电视监视器或者投影单元，其中图像信号来自于通过诸如C-mount接口、三目观察体、视频模块或类似方式安置在教师显微镜上的摄像头。这样，实验室内的每位学生可以观看图像，该图像作为模型可以帮助他或她在他或她自己的显微镜上定位相同的标本，并且调节标本位置、物镜率(objective power)、焦点、照明、滤光器和显微镜的其它参数，使其与教师显微镜视野的显示图像相符合。在这种系统中，同样熟知的是其提供了标记设备，该设备使得教师对他或她的显微镜的显示图像进行评注。缺乏这种技术的时候通常使用教科书上的照片作为模型。该系统的一个缺点在于教师不能查看学生们通过自己的显微镜观察到的东西。通常，教师必须在实验室中来回走动并且观察每个学生的显微镜，从而确认实验室内的每个同学正在观察正确的图像；或者当出现问题时教师必须来到某个学生的位置。显然，由于教师必须花费时间检查学生的显微镜而不是指导学生，这种系统的效率较差。另外一个缺点在于教师无法评注学生显微镜的图像，而这种评注可以更好地提供建设性的批评或积极的巩固。
发明内容
因此，本发明的一个目标在于提供一种改进地显微镜实验室系统，该系统使得教师和学生可以根据需要同时观看一个、一些或所有学生显微镜视野的图像。
本发明的另一个目标在于提供一种改进的显微镜实验室系统，该系统允许教师对来自教师显微镜以及任意学生显微镜的视野的图像进行评注，以进行教学。
这些和其它目标通过依照本发明的一种显微镜实验室系统实现。该系统包括多个学生显微镜，每个显微镜连接有一个摄像头，例如数字视频摄像头，用于产生表示至少一部分学生显微镜视野的学生观察图像的图像信号。该系统还包括通过视频电缆或无线技术连接到摄像头的多路控制设备，用于接收各自的图像信号；系统还包括一个连接到多路控制设备并向实验室内学生演示教学图像的显示设备，例如投影单元、一个或多个共享画面监视器或者单个学生观察监视器。多路控制设备使教师能够选择一组图像信号形成公开显示的教学图像。当选择多于一个图像信号时，教学图像对应于所选的图像信号将分成更小的图像窗口。所选的一组图像信号可以是一个图像信号的组，一组对应于多个预定的图像信号子集中的一个子集的图像信号，由教师选择的图像信号的子集，或者所有可用的图像信号组。
显微镜实验室系统优选地包括装有摄像头的教师显微镜，该摄像头同样与多路控制设备连接并提供图像信号，从而教学图像可以包括教师观察图像。优选地向教师提供专门的教师监视器，用以演示教学图像。这个专门的教师监视器可以包括阴极射线管、液晶显示器(LCD)或者触摸屏。该系统优选地还包括连接到多路控制设备的显示图像标记工具，该标记工具使教师能够对学生观看的教学图像进行评注；该系统还包括连接到多路控制设备用于图像存储、检索和增强的计算机。
附图说明
在下列本发明的具体实施方式中将结合附图更加全面地描述本发明的实质和操作模式，其中：
图1是依照本发明的实施例组成的一种显微镜实验室系统的通用示意图；
图2是图示如图1所示显微镜实验室系统中硬件组件之间连接的模块图；
图3是如图1所示的实施例中多路控制设备的用户接口的平面图；
图4是依照本发明的实施例组成的使用商业上可用的多路复用器的一种显微镜实验室系统的示意图。
图5是依照本发明的实施例组成的使用无线信号通信的一种显微镜实验室系统的示意图。
图6图示的是与图1类似的使用触摸屏接口和显示的本发明第二种实施例；且
图7图示的是第二种实施例的典型的触摸屏。
具体实施方式
首先参考附图中的图1和图2，依照本发明的第一种实施例组成的显微镜实验室系统通常由参考数字10标识。显微镜实验室系统10包括多个学生显微镜12A-12T，每个显微镜装有视频摄像头14，用于产生表示至少一部分对应的学生显微镜视野的学生观察图像的图像信号；该系统还包括同样装有摄像头14的教师显微镜16，此摄像头用于产生表示至少一部分教师显微镜16视野的教师观察图像的图像信号。摄像头14优选地是后向安装的(retro-fitted)或者是通过C-mount、三目观察体附件或者是在显微镜基架和双目显示管之间插入的集成视频模块与显微镜集成的视频摄像头。作为非限制的例子，由LeicaMicrosystems Inc.提供的Leica IC A和Leica ICC A视频模块适用于由同一供应商依照本发明实现的多种特定的显微镜模型。
显微镜实验室系统10进一步包括连接到摄像头14的多路控制设备20，该设备接收图像信号作为输入并使教师能够选择一组已接收的图像信号作为输出显示，且基于所选图像信号的集合生成教学图像信号。在图1和图2的实施例中，多路控制设备20是通过自定义的用户接口22，即例如图3所示的用户接口进行配置的视频多路复用器，从而使得教师可以按照下面描述的方法建立合适的教学图像24。多路控制设备20也可以是数字图像多路复用器，并取决于摄像头14的图像信号的格式。多路控制设备20可以复用图像，并在如图1所示的本地显示设备28上显示，或者在如图6-7所示的触摸屏81上显示。
来自多路控制设备20的教学图像信号传递给合适的公共显示设备，例如连接到多路控制设备的投影单元26，从而所有的学生可以同时观看教学图像24。当然，有可能提供一个或多个共享画面监视器，也有可能在每个学生显微镜的位置提供自己的显示设备，例如连接到多路控制设备20并接收其输出的小型视频监视器或显示装置(未图示)，作为集体观看投影教学图像24可供选择的办法。在用户接口22附近优选地向教师提供如图1所示的教师监视器28或者如图6和图7所示的触摸屏81，有助于由教师产生符合人体工程学的教学图像24的合适的画面。
现在注意如图1到图5所示的第一种实施例，图3所示的用户接口22通常包括托架按钮系统，该系统使教师能够通过选择一组对应于教师希望包含在教学图像中的视野图像的图像信号，组成合适的教学图像24。选择按钮30形成类似于图1所示的教学图像24，其中教学图像分隔成多个较小的图像窗口25，从而学生显微镜12A-12T的所有学生观察图像都显示在教学图像上。选择按钮32产生仅仅包含学生显微镜12A-12J的学生观察图像的教学图像，而选择按钮34产生仅仅包含学生显微镜12K-12T的学生观察图像的教学图像。教学图像24可以通过对应于学生显微镜12A-12E的选择按钮36、对应于学生显微镜12F-12J的选择按钮38、对应于学生显微镜12K-12O的选择按钮40或者对应于学生显微镜12P-12T的选择按钮42限制在学生观察图像的进一步的子集中。教学图像24也可以通过按压按钮44中的任何一个按钮限制在所选学生显微镜的单个学生观察图像中。优选地提供手动选择按钮46，用于允许教师组成不同于按钮32、34、36、38、40和42关联的预定子集的教学图像。压下手动按钮46，教师可以选择多个按钮44，从而选择所需的学生观察图像。教师也可以使用教师显微镜按钮48显示对应于教师显微镜16的图像信号的教学图像。优选地提供图像放大功能并由放大按钮50实现。如果需要，可以通过按压显示ID信息按钮52在每个图像窗口25添加辨识标记27，用于标识与此窗口关联的特定的显微镜。图示的用户接口22也包括电源按钮54。
显微镜实验室系统10进一步包括连接到多路控制设备20的显示图像标记工具56，该标记工具使教师能够对教学图像24进行评注；该系统还包括连接到多路控制设备且具有存储器的计算机80，用于存储教学图像24和/或显微镜14的学生观察图像和/或教师观察图像。显示图像标记工具56可以是从数字写字板58和附笔60和/或从诸如键盘、光笔或触摸屏等其它输入源获取输入的视频标记系统，并在教学图像24上添加标记。显示图像标记工具56可以如图所示与多路控制设备20集成，也可以作为系统独立的部分进行连接。注意到，显示图像标记工具56赋予教师相当大的能力向所有学生突出显示重要的图像特点，突出显示某个学生观察图像的问题，而且着重强调某个学生观察图像积极的方面。计算机80用于存储图像到存储器82并从存储器82中检索图像，且利用可用的软件增强图像。
图4图示了本发明的一种实施例，其中显微镜实验室系统10采用现有的“现成的”视频多路复用器120进行配置。视频多路复用器120是具有接收来自于16个摄像头14的图像信号的16个摄像头输入的PANASONIC WJ-FS216数字视频采样多路复用器，其中一个摄像头和教师显微镜连接，而其余的15个摄像头与学生显微镜分别连接。当开关124转换到“摄像头选择”的位置时，多路复用器120上的按钮122可以允许选择特定摄像头的图像信号。如图4所示当开关124转换到“模式选择”时，按钮122可以执行双重功能。更为具体地说，分别由图标126，128和130标识的对应第一个到第三个摄像头的按钮中的每一个按钮都具有第二种模式，即提供4窗口、9窗口和16图像窗口的多窗口显示。还提供了放大教学图像24的缩放按钮132。
显微镜实验室系统110还包括了商业上可用的显示图像标记工具156。Boeckeler Instruments，Inc.的POINTMAKER PVI-44视频标记工具适合于实现本发明。显示图像标记工具156通过标准视频电缆连接并接收来自于多路复用器120的输出图像信号。包括通过显示图像标记工具156添加的所有评注的最终的教学图像信号提供给投影单元26和与教师监视器28相关联的可选的视频磁带录像机160。从而，可以记录教学课程和已观测的显微镜过程，以备将来之需。
上面描述的实施例依赖视频电缆在组件之间传输图像信号。在大量的电缆连接不实际、不安全或者不合需要的情况下，打算采用无线连接来保证从摄像头14到多路控制设备20以及从多路控制设备20到投影单元26或者到单个或共享学生视野监视器的图像信号的传输。图5图示了与上面描述的系统10和110类似的一种显微镜实验室系统210，摄像头14装有发射器70，用于向连接到多路控制设备20的多通道接收器72传输图像信号。另外，发射器74与多路控制设备20有效连接并且与连接到投影单元26和教师监视器28的对应的接收器76和78分别通信。根据系统需求，接收器72，76和78以及发射器70和74可以是模拟无线通信设备或者数字无线通信设备。
图6和图7分别图示了本发明的第二种实施例。第二种实施例与第一种实施例类似，除了用触摸屏81代替用户接口22和显示屏28。众所周知，触摸屏是一种可以允许使用者通过触摸屏幕表面的特定区域与计算机系统进行交互的显示设备。触摸屏技术可以通过多种不同的传感技术实现。现在有四种商业上可用的触摸屏技术：红外线、电阻膜、电容感应和表面声波。所有的这些技术都是主动技术，因为它们依赖于产生主动信号并观察相对屏幕的物体对于此主动信号的作用(例如触摸屏幕)。在图6和图7所示的本发明优选的实施例中，使用了Rosen Products LLC，1020 Owen Loop South，Eugene，Oregon 97402的触摸屏Model R-15CT，尽管如此，应该意识到，使用任何上面描述的商业上可用技术的其它触摸屏，例如这里结合进来引作参考的美国专利6,172,667和5,764,223中描述的触摸屏，都适合用于本发明。
在图示的触摸屏实施例中，与显微镜12A-12T相关联的多个图像可以有选择地在触摸屏上显示。教师通过在触摸屏上面的触摸控制选择哪些图像显示在触摸屏81和公共显示屏24上。教师也可以通过数字化键盘58评注单个显示图像。在优选的实施例中，数字键盘58是Boeckler Instruments，Inc.，4650 S.Butterfield Drive，Tucson，Arizona85714的Model PVI-44，尽管其它类似的设备也同样适合。
图7详细地图示了触摸屏81。屏幕包括显示屏32，在此显示屏上教师可以选择一个或多个显微镜图像31并显示。图7中显示了多个草履虫的图像。触摸屏包含了多个通过触摸进行控制的控制按钮。例如，按钮集合306包括分别由1-16标记的按钮，当激励这些按钮时，对应的显微镜图像将显示在显示屏32上。例如，如果触摸了按钮14则显示显微镜14的图像等等。类似地，分别激励子集按钮330-334，将显示该组显微镜的图像。例如，如果触摸了按钮333则显示显微镜13-16的图像。其它的按钮按照本领域公知的方式控制触摸屏的其它功能。例如，一些按钮控制多个显微镜图像间的导航，其它的一些控制缩放、视野和显示颜色等。教师也可以使用数字化键盘或触摸屏进行评注。教师还可以控制在公共显示屏上显示什么图像，而且显然可以显示教师显微镜16的图像。
这样，有效地达到了本发明的目标。然而对于那些本领域的技术人员而言，针对本发明的变化和修改是显而易见的，而且这些变化和修改在本发明权利要求中阐明的实质和范围内。