[发明专利]一种物方扫描成像系统的分离式、分布式操控方法

说明书

本发明公开了一种物方扫描成像系统的分离式、分布式操控方法，该方法包括：步骤1，设置管理层、监控层、控制层和现场层；步骤2，通过管理层，用户发布扫描成像任务，并将扫描成像任务输送给监控层；步骤3，通过监控层处理和转发扫描成像任务以及分析扫描成像任务，生成扫描成像指令，并将扫描成像指令输送给控制层；步骤4，通过控制层接收扫描成像指令，运动控制软件和图像采集软件依据输入的扫描成像指令以并行的方式分别独立控制现场层设备完成扫描工作；步骤5，通过控制层将配准和拼接结果传回到监控层的数据库进行存储。本发明采用单主机、多从机的结构体系，构建针对多个独立物方扫描成像系统的集成控制系统，实现对大规模物方扫描集群的系统级操控。

技术领域

本发明涉及成像控制方法，特别是涉及一种物方扫描成像系统的分离式、分布式操控方法。

背景技术

物方扫描成像系统是一类针对微观或介观尺度样本设计的高分辨率/大视场扫描成像系统。如图1所示，在这类扫描成像系统中，样本被固定在具有电动平移功能的载物台(以下简称平移台)上，固定的图像采集设备(以下简称相机)以垂直于载物台某一运动平面或斜视某一运动平面的方式固定安装，通过平移台的精准运动实现扫描。为了获得完整的大视场图像，需要对相机采集到的图像进行配准和拼接操作，其中，“配准”是指将图像进行平移、旋转和缩放等几何变换，以恢复逻辑上坐标分离的图像的相对位置关系。“拼接”是指将上述对准好的图像合并成一张图像，并消除图像边界的不一致性。

现有的物方扫描方案大致可以分为两类：标准扫描和快速扫描。其中，“标准扫描”的物方扫描方案具体是：平移台每移动到一个拍摄位置时停下，相机拍摄一帧图像，然后平移台启动，移动到下一个拍摄位置时停下，相机拍摄下一帧图像，以此类推。“快速扫描”的物方扫描方案具体是：平移台每次移动一个较长的行程(如移动一整行)，在运动过程中，相机会在平移台移动到特定位置时拍摄一张图像，整个行程中相机会拍摄多张图像。“标准扫描”不存在运动模糊，但由于平移台频繁启动和制动，扫描速度比较慢，相反，“快速扫描”的速度虽然快，但存在一定的运动模糊。

此外，如图2所示，现有的物方扫描成像系统的扫描轨迹也可分为两种：S形轨迹和Z形轨迹。图2中示出的A表示标准扫描的Z形扫描轨迹，B表示标准扫描的S形扫描轨迹，C表示快速扫描的Z形扫描轨迹，D表示快速扫描的S形扫描轨迹。在S形轨迹中，平移台每移动到一行/列的末尾，直接移动到下一行/列的末尾，然后从该列/行末尾移动到开头，紧接着移动到下一行/列的开头，然后从该行开头移动到末尾，以此类推，即“开头至末尾”、“末尾至开头”交替进行。在Z形轨迹中，平移台每移动到一行/列的末尾，就要移动到下一行/列的开头，即每一行/列都是“开头至末尾”。Z形轨迹每行/列都以同样的轨迹运行，因此有助于消除机械上的往返误差，但由于每两行/列之间必须要空移一行/列，因此浪费了时间，扫描速度较慢；相反，S形轨迹扫描速度较快，但奇数行/列与偶数行/列之间存在空回误差。

现有的物方扫描系统往往是由上位机、平移台、相机和时序控制模块组合而成的集成系统，每套系统同时只能进行一个操作任务。在现有应用条件下，如果要进行大量扫描工作，有两种方案可以选择：1)串行工作，即扫描工作一个接一个的进行，这样浪费了大量时间；2)并行工作，即采购多套同样的扫描系统，分别设定不同扫描任务，各系统同时工作，由于每套扫描系统的成本都较高，因此大量采购意味着不可接受的成本，而每套扫描系统中的上位机一般采用高性能工作站开发、时序控制模块一般采用高性能FPGA开发，其中存在大量的计算资源浪费，因此并行工作模式会浪费大量的计算资源。此外，每套扫描系统都具备各自独立的操控界面，在实际使用中，需要进行大量重复的操控工作，对于人力资源也是一种巨大的浪费。