專利名稱：基于機器視覺定位的生物芯片點樣儀及其定位方法
技術領域：
本發明涉及一種生物芯片點樣儀，尤其是涉及一種基于機器視覺定位的生物芯片點樣儀及其定位方法。
背景技術：
目前，生物芯片點樣儀廣泛用于生物芯片的制備，為適應技術發展的需要，許多廠家均為其各自生產的全自動生物芯片點樣儀，已有廠家研發基于機器視覺的生物芯片點樣過程實時檢測系統，其提供了一種利用機器視覺對生物芯片點樣進行自動檢測，解決了生物芯片質量檢測需質檢人員人工操作，易發生人的疲勞漏檢，質檢人員工作難度大的問題，但目前現有技術仍存在下列的問題
1、點樣起始位置坐標的標定依靠操作人員肉眼識別，需經過反復的手動調整來標定，點樣精度難以保證，智能化程度及自動化程度低；
2、目前多數生物芯片點樣儀的操作人員需要經過專業的培訓和練習后才能夠使用，人的肉眼參與，增加了誤操作的風險，延長了點樣時間，降低了點樣效率，同時操作人員的工作強度大；
3、生物芯片的一致性差，由于被點樣的載玻片、酶標板或者是其他特征孔板在人為裝夾放置的時候存在重復性差的問題，不同的點樣孔板、不同的操作人員、不同的操作過程均有可能造成完全不同的放置效果，從而無法做到同一種被點樣載體的點樣效果的一致性。
發明內容
本申請人針對上述的問題，進行了研究改進，提供一種基于機器視覺定位的生物芯片點樣儀及其定位方法，自動完成點樣起始位置坐標的標定，提高點樣精度，保證生物芯片點樣的一致性，縮短點樣時間，提高點樣效率，同時減輕操作人員的工作強度。為了解決上述技術問題，本發明采用如下的技術方案
一種基于機器視覺定位的生物芯片點樣儀，包括控制系統及XY向運動機構，安裝點樣頭的Z向運動機構連接XY向運動機構，點樣針設置在點樣頭上，點樣針在控制系統的控制下隨XY向運動機構及Z向運動機構同步運動，工業相機通過相機調節臺安裝在所述點樣頭旁的XY向運動機構上，工業相機通過圖像采集卡連接控制系統，工業相機與點樣針同步進行XY向運動。進一步的
所述工業相機下方設有照明光源。所述相機調節臺包括連接XY向運動機構的臺架，臺架上設有直線導軌，安裝工業相機的滑動板連接直線導軌，微調千分尺設置在所述滑動板上，直線導軌的一側設有鎖定螺釘。—種基于機器視覺定位的生物芯片點樣儀的定位方法，工業相機及點樣針在控制系統的控制下隨XY向運動機構同步運動，從運動原點運行一個設定距離到被點樣載體放置位置，作粗定位；工業相機拍攝視 野范圍內的圖像，所拍攝的圖像經過圖像采集卡送入控制系統，由控制系統對圖像進行分析計算并標定被點樣載體的特征點的坐標，并根據需點樣點與特征點的相對坐標，由控制系統確定點樣點的坐標；由控制系統控制XY向運動機構及Z向運動機構使點樣針運行到點樣位置開始點樣作業。進一步的
所述被點樣載體為載玻片，所述特征點為載玻片邊角。所述被點樣載體為酶標板，所述特征點為酶標板上第一角孔的中心。本發明的技術效果在于
1、智能化程度高，利用機器視覺代替人的肉眼做點樣起始位置坐標的標定，確保了點樣精度，實現了真正意義上的自動化與智能化點樣；
2、可操作性高，點樣儀的使用不需要經過大量時間的培訓和練習即可使用，只需要設定一些最基本的參數，按下啟動按鈕，無需人為參與，即可智能化實現整個點樣過程；
3、點樣效果的一致性好，由于采用視覺系統精確測量在不同被點樣載體在不同的放置狀態下的特征點相對于運動原點的真實坐標位置，避免了由于不同操作人員，不同放置位置和生物芯片放置重復性差所造成的點樣不一致的問題；
4、縮短點樣時間，提高點樣效率，同時減輕操作人員的工作強度。
圖I為本發明的結構示意圖。圖2為圖I的A處放大圖。圖3為工業相機成像系統的物像間長度比例關系示意圖。圖4為圖像像素與像素坐標示意圖。圖5為載玻片邊角坐標計算示意圖。圖6為載玻片邊角與第一點樣點的不意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步詳細的說明。如圖1、2所示，本發明的基于機器視覺定位的生物芯片點樣儀包括控制系統及XY向運動機構1，安裝點樣頭2的Z向運動機構7連接XY向運動機構1，點樣針5設置在點樣頭2上，點樣針5在控制系統的控制下隨XY向運動機構I及Z向運動機構7同步運動，工業相機3通過相機調節臺4安裝在點樣頭2旁的XY向運動機構I上，工業相機3下方設有照明光源6，照明光源6為工業相機3拍攝圖像提供照明。相機調節臺4包括連接XY向運動機構I的臺架401，臺架401上設有直線導軌402，安裝工業相機3的滑動板403連接直線導軌402，微調千分尺404設置在滑動板403上，直線導軌402的一側設有鎖定螺釘405，調節微調千分尺404，可微動調焦，保證工業相機3拍攝圖像的清晰，調整后，用鎖定螺釘405鎖緊。工業相機3通過圖像采集卡連接控制系統，工業相機3拍攝的圖像由控制系統處理，工業相機3、照明光源6與點樣針5同步進行XY向運動，控制系統控制Z向運動機構7的上下運動完成點樣針5的點樣操作。基于機器視覺定位的生物芯片點樣儀在操作過程中，工業相機3及點樣針5在控制系統的控制下隨XY向運動機構I同步運動，從運動原點(即點樣針5的初始位置)運行一個設定距離到被點樣載體放置位置，作粗定位，被點樣載體可以是載玻片、酶標板或者是其他特征形狀的被點樣載體；工業相機3拍攝視野范圍內的圖像，所拍攝的圖像經過圖像采集卡送入控制系統，由控制系統對圖像進行分析計算并標定被點樣載體的特征點的坐標；當被點樣載體為載玻片時，特征點為載玻片邊角，工業相機3所拍攝的圖像經過圖像采集卡輸送到控制系統，由控制系統對所獲取的圖像進行處理，先對圖像做二值化處理，然后分別從圖像的XY兩個軸的方向利用直線擬合法，找出載玻片的邊角在圖像上的像素坐標位置。當被點樣載體為酶標板時，特征點為酶標板上第一角孔的中心，工業相機3所拍攝的圖像經過圖像采集卡輸送到控制系統，由控制系統對所獲取的圖像進行處理，利用半徑約束、灰度約束、代數距離約束、幾何距離約束、二值化、圓擬合、圓心求解、圓排序等方法與步驟找出酶標板中第一角孔的中心在圖像上的像素坐標位置。控制系統根據XY向運動機構I當前位置相對于運動原點的相對距離，可以將計算出來的特征點像素坐標位置再轉化成載玻片邊角或者是酶標板上第一角孔的中心相對于運動原點的坐標；根據點樣針5與工業相機3鏡頭的中心點的相對坐標，可以將載玻片邊角或者是酶標板上第一角孔中心的坐標位置 轉化為點樣針5從運動原點出發所需要走過的距離，這樣就計算出了當前在視覺系統視野范圍內的某個載玻片邊角或者酶標板上孔中心位置需要點樣針5從運動原點所要運行的精確距離。由于在控制系統中需要用戶自行設定需要點樣的陣列中第一個點相對于載玻片邊角或者是酶標板上孔與孔之間的的坐標差值(相對坐標)，這樣點樣儀的控制系統就可以很精確地計算出需要點樣陣列相對于運動原點的坐標位置，并且點樣陣列相對于生物芯片邊角位置的坐標或者是相對于孔中心的位置坐標其精度可以得到保證，從而避免了由于生物芯片放置重復性差所造成的點樣一致性差的問題；最后由控制系統控制XY向運動機構I及Z向運動機構7使點樣針5運行到點樣位置開始點樣作業。下面以載玻片為例，對特征點坐標的標定及點樣點坐標的確定結合圖作詳細說明
如圖3為工業相機成像系統的物像間長度比例關系示意圖， l/f=l/u+l/v (I) 其中，f為焦點，u為物距，V為像距；
A’ B’ =v/u*AB (2) 其中，A’ B’為像大小，AB為物大小；
如圖4為圖像像素與像素坐標示意圖，以200萬像素為例,分辨率為1600*1200 ,左上角為圖像像素坐標的原點(0，O)位置,右下角為圖像坐標的(1600，1200)位置,并且數值只代表像素，像素坐標(X，y)，可轉化為相對于工業相機鏡頭中心的實際坐標(X，Y)，
X = (x-1600/2)/M ；
Y = (y-800/2)/M ；
其中，M為工業相機鏡頭的放大倍數。基于上述結果，如圖5所示，再將載玻片邊角像素坐標(x，y)轉化為該點相對于運動原點的實際坐標(1，η)，以200萬像素圖像為例，并設定拍攝上述圖像時XY向運動機構I相對于運動原點的位移為(Α，B),則有
I= (χ-1600/2)/Μ+Α ；n = (y-800/2)/M+B。如圖5、圖6，點樣針5相對于工業相機鏡頭中心(視覺系統視野中心)的坐標位移為(g，k)，當點樣針要從運動原點 驅動到載玻片邊角的坐標(c，d)即可到達， c = (x-1600/2)/M+A+g d = (y-800/2)/M+B+k。綜合上述，圖像上的某個點如果需要在該像素點進行點樣，以200萬像素為例，只需要將點樣針從運動原點驅動到坐標位置((x_1600/2)/M+A+g，(y -800/2)/M+B+k)即可。如圖6，在控制系統中需要用戶設定一個需要點樣陣列中左上角第一個點相對于生物芯片特征點的相對坐標(O，z)，則點樣儀可以精確的計算出需要點樣陣列中第一個點最準確的坐標位置(C，D )
C= (x-1600/2)/M+A+g+oD= (y-800/2)/M+B+k+z。有了點樣陣列中第一個點的精確的坐標位置，依照控制系統中用戶設定的陣列中點與點之間的相對坐標關系，就可以得出點樣一致性非常理想，精度高的點樣芯片。
權利要求
1.一種基于機器視覺定位的生物芯片點樣儀，包括控制系統及XY向運動機構，安裝點樣頭的Z向運動機構連接XY向運動機構，點樣針設置在點樣頭上，點樣針在控制系統的控制下隨XY向運動機構及Z向運動機構同步運動，其特征在于工業相機通過相機調節臺安裝在所述點樣頭旁的XY向運動機構上，工業相機通過圖像采集卡連接控制系統，工業相機與點樣針同步進行XY向運動。
2.按照權利要求I所述的一種基于機器視覺定位的生物芯片點樣儀，其特征在于所述工業相機下方設有照明光源。
3.按照權利要求I所述的一種基于機器視覺定位的生物芯片點樣儀，其特征在于所述相機調節臺包括連接XY向運動機構的臺架，臺架上設有直線導軌，安裝工業相機的滑動板連接直線導軌，微調千分尺設置在所述滑動板上，直線導軌的一側設有鎖定螺釘。
4.一種權利要求I所述的基于機器視覺定位的生物芯片點樣儀的定位方法，其特征在于工業相機及點樣針在控制系統的控制下隨XY向運動機構同步運動，從運動原點運行一個設定距離到被點樣載體放置位置，作粗定位；工業相機拍攝視野范圍內的圖像，所拍攝的圖像經過圖像采集卡送入控制系統，由控制系統對圖像進行分析計算并標定被點樣載體的特征點的坐標，并根據需點樣點與特征點的相對坐標，由控制系統確定點樣點的坐標；由控制系統控制XY向運動機構及Z向運動機構使點樣針運行到點樣位置開始點樣作業。
5.按照權利要求4所述的一種基于機器視覺定位的生物芯片點樣儀的定位方法，其特征在于所述被點樣載體為載玻片，所述特征點為載玻片邊角。
6.按照權利要求4所述的一種基于機器視覺定位的生物芯片點樣儀的定位方法，其特征在于所述被點樣載體為酶標板，所述特征點為酶標板上第一角孔的中心。
全文摘要
本發明涉及一種基于機器視覺定位的生物芯片點樣儀及其定位方法，工業相機通過相機調節臺安裝在點樣頭旁的XY向運動機構上，工業相機通過圖像采集卡連接控制系統，工業相機與點樣針同步進行XY向運動；工業相機及點樣針在控制系統的控制下隨XY向運動機構同步運動，工業相機所拍攝的圖像經由控制系統對圖像進行分析計算并標定被點樣載體的特征點的坐標，并根據需點樣點與特征點的相對坐標，由控制系統確定點樣點的坐標從而開始點樣作業。本發明的智能化程度高，利用機器視覺代替人的肉眼做點樣起始位置坐標的標定，確保了點樣精度，可操作性高，點樣效果的一致性好，縮短點樣時間，提高點樣效率，減輕操作人員的工作強度。
文檔編號G01N1/28GK102636378SQ20121010466
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月10日 優先權日2012年4月10日
發明者戴良, 王振宇, 田小慧, 魏顯東 申請人:無錫國盛精密模具有限公司