一种可调式室外微观影像观测与获取系统.pdf

本发明涉及影像观测设备技术领域，尤其涉及一种可调式室外微观影像观测与获取系统，包括方向操作台以及设置在该方向操作台上的影像观测与获取系统，影像观测与获取系统包括依次连接的显微成像单元、转接头和影像成像单元，方向操作台为在三维方向移动的可调式操作台，该系统能实现在三维空间内前后、左右和上下移动调节，进行目标影像观测、焦距调节、成像显示以及最终影像的获取，能精准的定点观测，光学成像倍数范围可达6-200倍，适用范围广，该系统结构紧凑，拆装简单快捷，操作灵活简便，能进行实时可视化选择和定点观测，有效减轻了科研工作量，提高了科研准确度和工作效率，为地下生态学的可视化研究提供了有效的观测设备。

1.  一种可调式室外微观影像观测与获取系统，其特征在于，包括方向操作台以及设置在该方向操作台上的影像观测与获取系统，所述影像观测与获取系统包括依次连接的显微成像单元、转接头和影像成像单元，所述方向操作台为在三维方向移动的可调式操作台。

2.  根据权利要求1所述的可调式室外微观影像观测与获取系统，其特征在于，所述转接头的两端分别与所述显微成像单元和影像成像单元通过螺纹连接，所述转接头内设有组合镜片。

3.  根据权利要求1所述的可调式室外微观影像观测与获取系统，其特征在于，所述显微成像单元包括由物镜、棱镜和镜体壳组成的光学连续放大系统，所述镜体壳通过支撑架固定于所述方向操作台上。

4.  根据权利要求3所述的可调式室外微观影像观测与获取系统，其特征在于，所述显微成像单元的光学成像倍数范围为6-200倍。

5.  根据权利要求3所述的可调式室外微观影像观测与获取系统，其特征在于，所述方向操作台包括底座、升降组件和十字滑台，所述升降组件固定于所述底座上，所述十字滑台连接所述升降组件与所述支撑架。

6.  根据权利要求5所述的可调式室外微观影像观测与获取系统，其特征在于，所述升降组件包括相对活动连接的固定件和移动件，所述移动件沿所述固定件的轴向升降移动，所述移动件连接十字滑台，所述固定件固定于所述底座上。

7.  根据权利要求5所述的可调式室外微观影像观测与获取系统，其特征在于，所述十字滑台采用两个交叉连接的燕尾槽滑台，两个燕尾槽滑台的各自移动轨迹形成十字形结构，其中，靠下的燕尾槽滑台连接所述升降组件，靠上的燕尾槽滑台连接所述支撑架。

8.  根据权利要求7所述的可调式室外微观影像观测与获取系统，其特征在于，所述燕尾槽滑台包括调节手柄、丝杠副和一组燕尾槽组 件，所述燕尾槽组件包括相对移动的移动部件和固定部件，所述丝杠副的内螺纹筒连接所述燕尾槽组件的移动部件，所述丝杠副的外螺纹杆连接所述燕尾槽组件的固定部件，所述外螺纹杆连接所述调节手柄。

9.  根据权利要求1所述的可调式室外微观影像观测与获取系统，其特征在于，所述影像成像单元配置1800万有效像素的单反相机，该单反相机包括自动对焦系统。

10.  根据权利要求1-9任一项所述的可调式室外微观影像观测与获取系统，其特征在于，还包括照明单元，所述照明单元包括充电式电源系统、可调支撑颈和LED照明灯部分，所述LED照明灯部分设在靠近所述显微成像单元的物镜处，所述充电式电源系统连接所述LED照明灯部分，所述LED照明灯部分连接所述可调支撑颈。

一种可调式室外微观影像观测与获取系统
技术领域
本发明涉及影像观测设备技术领域，尤其涉及一种适用于观测地下生物生态的可调式室外微观影像观测与获取系统。
背景技术
目前，地下生物观测系统已经有了普遍应用，如美国的土壤生态系统观测设施-Soil Ecosystem Observatory(Rhizosystems,LLC,Riverside,CA,USA)已经于2013年应用到了对菌丝(fungi)的动态监测上；微根管原位观测技术(Bartz minirhizotron)在2010年同样观测了菌丝的动态。
美国的土壤生态观测系统-Soil Ecosystem Observatory可以说体现了目前国际上最为先进的地下生物微观观测技术，不仅可以实现原位拍照，而且可以将观测视野放大100倍，实现对微米尺度的菌丝的观测。但这种技术最大的缺点在于：不容易甚至不能对被观测区域进行可视化选择并进行定点观测，而只能通过在对大量的扫描获取的图片筛选定位的基础上实现动态监测，而恰恰是这种不能定点选择和需要大量筛选图片，导致工作量大，效率低，给科研工作者带来很多困难，造成巨大的人力和财力消耗。
实现对某一被观测对象的定点观测，如观测菌丝是否在根系的尖端发育及其动态，对科研工作者意义重大。首先，可以使观测对象更具体明确，省去大量对比筛选图片的工作；其次，可以为实验对象的定点处理提供保障，如实现对菌丝生长的视频记录。
因此，针对以上不足，本发明提供了一种可调式室外微观影像观测与获取系统。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种可调式室外微观影像观测与获取系统以解决现有观测设备不能灵活调节，不便于对被观测对象进行可视化选择及定点观测，导致科研工作量大，人财物消耗量大，效率低的问题。
(二)技术方案
为了解决上述问题，本发明提供了一种可调式室外微观影像观测与获取系统，包括方向操作台以及设置在该方向操作台上的影像观测与获取系统，所述影像观测与获取系统包括依次连接的显微成像单元、转接头和影像成像单元，所述方向操作台为在三维方向移动的可调式操作台。
其中，所述转接头的两端分别与所述显微成像单元和影像成像单元通过螺纹连接，所述转接头内设有组合镜片。
其中，所述显微成像单元包括由物镜、棱镜和镜体壳组成的光学连续放大系统，所述镜体壳通过支撑架固定于所述方向操作台上。
其中，其特征在于，所述显微成像单元的光学成像倍数范围为6-200倍。
其中，其特征在于，所述方向操作台包括底座，升降组件和十字滑台，所述升降组件固定于所述底座上，所述十字滑台连接所述升降组件与所述支撑架。
其中，其特征在于，所述升降组件包括相对活动连接的固定件和移动件，所述移动件沿所述固定件的轴向升降移动，所述移动件连接十字滑台，所述固定件固定于所述底座上。
其中，其特征在于，所述十字滑台采用两个交叉连接的燕尾槽滑台，两个燕尾槽滑台的各自移动轨迹形成十字形结构，其中，靠下的燕尾槽滑台连接所述升降组件，靠上的燕尾槽滑台连接所述支撑架。
其中，其特征在于，所述燕尾槽滑台包括调节手柄、丝杠副和一组燕尾槽组件，所述燕尾槽组件包括相对移动的移动部件和固定部件，所述丝杠副的内螺纹筒连接所述燕尾槽组件的移动部件，所述丝杠副 的外螺纹杆连接所述燕尾槽组件的固定部件，所述外螺纹杆连接所述调节手柄。
其中，其特征在于，所述影像成像单元配置1800万有效像素的单反相机，该单反相机包括自动对焦系统。
其中，其特征在于，还包括照明单元，所述照明单元包括充电式电源系统、可调支撑颈和LED照明灯部分，所述LED照明灯部分设在靠近所述显微成像单元的物镜处，所述充电式电源系统连接所述LED照明灯部分，所述LED照明灯部分连接所述可调支撑颈。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的一种可调式室外微观影像观测与获取系统，通过调节方向操作台使其带动影像观测与获取系统在平面内沿前后、左右平移和在纵向方向进行升降移动，从而实现了方向操作台在三维方向的调节，并通过完整的影像观测与获取系统实现目标影像观测、焦距调节、成像显示以及最终的影像(图片和视频)的获取，能精准的对被观测对象进行可视化定点观测，尤其适用于室外条件下在玻璃根窗基础上对土壤中植物根系和微生物的形态及动态观测中，并通过显微成像单元的6-200倍的光学连续放大功能实现对根毛及菌丝的动态观测与影像获取。该系统的组成完整，原理可靠，结构紧凑，拆装简单快捷，操作灵活简便，可根据需求搭载不同规格的显微成像设备和影像成像设备，使观测对象更具体明确，省去大量对比筛选图片的工作，既能以图片方式记载也能以视频方式记录被检测对象，该系统可拓展性强，大范围的光学放大倍数能实现对微米尺度的菌丝的观测，并能实时进行针对性的可视化选择和定点观测，有效减轻科研工作量和人财物的消耗，提高了科研准确度和工作效率，为地下生态学的可视化研究提供了有效的观测设备。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是图1中十字滑台的结构示意图；
图3是图2中燕尾槽组件的结构示意图。
图中，1：方向操作台；2：显微成像单元；3：转接头；4：影像成像单元；5：照明单元；11：底座；12：升降组件；13：十字滑台；21：物镜；22：支撑架；51：可调支撑颈；52：LED照明灯部分；121：固定件；122：移动件；131：燕尾槽滑台；132：调节手柄；133：燕尾槽组件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明的一种可调式室外微观影像观测与获取系统，包括方向操作台1以及设置在方向操作台1上的影像观测与获取系统，该影像观测与获取系统包括依次连接的显微成像单元2、转接头3和影像成像单元4，其中，方向操作台1为三维方向移动的可调式操作台，即可在平面内进行前后、左右平移和在纵向面进行升降移动。
使用时，先将各部分依次安装好，将影像成像单元4和照明单元5打开，将显微成像单元2对准检测位置(例如玻璃根窗上的某个检测点)，根据检测点进行位置方向的定点调节，具体的，按检测要求，通过调节方向操作台1，使其在平面内沿前后或左右平移或在纵向方向进行升降运动，实现在三维方向的调节，直到对准检测点并在影像成像单元4中的实时显示屏上出现需要检测的图像，即可暂停调节，再通过进一步调节照明单元5的光亮度、影像成像单元4的光圈大小、操作平台的前后位置、显微成像单元2的放大倍数直至在影像成像单元4中出现清晰的影像，即可按下快门或启动视频录制开关获取影像数据。通过灵活的可调式操作平台能对室外植物根系或微生物进行定点检测，本系统中的显微成像单元用于获得被观测物的影像信号并实现初步放大处理，具体实施时，可采用常见的体式解剖镜的光学成像部分， 该显微成像单元具有很高的分辨率及大视场范围的清晰度，可满足本发明要求。
如图1所示，转接头3的两端分别与显微成像单元2和影像成像单元4通过螺纹连接，转接头3内设有组合镜片，用于将显微成像单元2的光学影像进行放大传播，转接头3具有一定测量长度及焦距，将显微镜的放大图像转换到影像成像单元4上。
其中，显微成像单元2包括物镜21、棱镜和镜体壳组成的光学连续放大系统，镜体壳通过支撑架22固定于方向操作台1上，这样，影像观测与获取系统与方向操作台1固定连接，形成完整的系统结构。
显微成像单元2的光学成像倍数范围为6-200倍，具体操作时，可调节显微成像单元2，选用大范围的成像倍数，能满足不同观测点要求，当调节显微成像单元到高倍数时，可实现微米尺度的菌丝生长动态的观测，使其适用范围更广。
如图1和图2所示，方向操作台1包括底座11，升降组件12和十字滑台13，升降组件12固定于底座11上，十字滑台13连接升降组件12与支撑架22，这样，实现了方向操作台1在三维方向上的位置调节，具体实施中，可选用十字滑台导轨，实现在平面内沿十字形的前后、左右移动调节即在本专利的方案保护范围内。
升降组件12包括相对活动连接的固定件121和移动件122，移动件122沿固定件121的轴向升降移动，移动件122连接十字滑台13，固定件121固定于底座11上，通过移动件122相对于固定件121的升降移动，带动十字滑13整体做升降移动，从而实现了方向操作台1的纵向升降调节，具体实施中，可采用千斤顶的顶升结构方式，利用齿轮与齿条相互作用的传动方式驱动移动件相对于固定件直线移动，或者采用螺纹连接锁紧的螺旋传动方式驱动移动件相对于固定件上下升降运动均在本方案的思想范围内，通常情况，上下升降范围在0～30cm范围内即可满足需求，可根据相关零部件的规格和连接方式实现。
如图2所示，十字滑台13采用两个交叉连接的燕尾槽滑台131， 两个燕尾槽滑台131的各自移动轨迹形成十字形结构，其中，靠下的燕尾槽滑台连接升降组件的移动件122，靠上的燕尾槽滑台连接支撑架22，燕尾槽滑台131可相对于燕尾槽上导轨方向直线移动，两个燕尾槽滑台交叉连接固定，实现了十字形的移动轨迹，从而使方向操作台在平面内进行前后或左右移动调节，具体的，可采用常规燕尾槽滑台按本专利方案通过螺栓或者螺钉等螺纹紧固件连接设置，或者将两燕尾槽滑台交叉焊接连接均可满足本方案要求。
如图2和图3所示，燕尾槽滑台131包括调节手柄132、丝杠副和一组燕尾槽组件133，所述燕尾槽组件133包括相对移动的移动部件和固定部件，丝杠副的内螺纹筒连接燕尾槽组件133的移动部件，丝杠副的外螺纹杆连接燕尾槽组件133的固定部件，调节手柄132连接外螺纹杆，这样通过操作调节手柄132，使丝杠副的外螺纹杆转动，从而驱动内螺纹筒带动燕尾槽组件133的移动部件相对于固定部件移动，实现了燕尾槽滑台131的直线移动，通过调节手柄132可方便快捷的传递力和运动方式，使旋转运动转化为直线移动，操作简单，具体的，可根据丝杆副上螺距大小和燕尾槽滑台131的规格进行相应精度范围的调节，满足不同精度范围的调节需求，通常情况，左右、前后调节范围为0～10cm即可满足需求，其中，丝杠副为通用件，可根据需要选配不同型号的丝杆副或者采用非标设计，如图3所示，燕尾槽组件133包括开有凹陷燕尾槽板和设有相应凸块的槽板，具体的，可灵活设置凹陷燕尾槽和凸块槽板作为活动部件或者固定部件。
影像成像单元4配置1800万有效像素的单反相机，该单反相机包括自动对焦系统，通过自动对焦作用，该单反相机经过图像获取、处理和存储器处理，将显微成像以清晰准确的图片或者视频的方式记录下来，实际操作时，影像成像单元4可配置佳能EOS60D或者其他类似单反相机，以满足检测需求。
如图1所示，本系统还包括照明单元5，照明单元5包括充电式源系统、可调支撑颈51和LED照明灯部分52，LED照明灯部分52设 在靠近显微成像单元2的物镜21处，充电式电源系统连接LED照明灯部分52，LED照明灯部分52连接可调支撑颈51，该照明单元5具有充电功能，并通过LED灯能调节光亮度，在光线昏暗的条件下使用时，可提供适度的光照，以便获得清晰影像，操作、携带方便。
需要说明的是，使用本发明的可调式室外微观影像观测与获取系统时，其操作方法为：
1，选择合适的观测对象，尤其适用于透过玻璃根窗观测根窗内植物根系及菌丝的生长动态；
2，将该影像观测与获取系统组装调试好，如果视野暗，可将照明系统打开；
3，将影像成像单元上相机的实时显示屏幕打开，通过调节方向操作台，实现显微成像系统的前后、上下、左右移动，直至找到需要观测的对象，使其直接在相机实时显示屏幕上显示出来；
4，调节显微成像系统的放大倍数，使相机实时显示屏上出现需要的清晰图像；
5，按下相机快门或打开视频录制开关，实现对影像数据的获取，拍摄图片或录制视频；
6，操作完毕后，将所有供电设备关闭，拆卸影像观测与获取系统的组件，完成操作。
综上所述，本发明提供的一种可调式室外微观影像观测与获取系统，组成完整，原理可靠，结构紧凑，拆装简单快捷，检测操作灵活简便，可根据需求搭载不同规格的显微成像设备和影像成像设备，可拓展性强，光学成像倍数范围可达6-200，或者更高，能实现对微米尺度的菌丝的观测，并实时进行可视化选择和定点观测，有效减轻科研工作量，降低人财物的消耗，提高了科研准确度和工作效率。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。