[發明專利]用于對數碼顯微鏡進行測量校準的校準板及其使用方法

有效

• 申請號: 201410074532.X
• 申請日: 2014-03-03
• 公開（公告）號: CN104897051B
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 李仲禹;王明思;顧海磊
• 申請（專利權）人: 卡爾蔡司顯微鏡有限責任公司
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 萬柳軍;吳鵬

本發明涉及用于對數碼顯微鏡進行測量校準的校準板及其使用方法。所述校準板包括至少一個形成有表面構造的校準區，所述表面構造包括周期性地排布的多個格子單元，其中，每個格子單元的邊界的至少一部分和/或頂點的至少一部分能夠由所述數碼顯微鏡的光學成像系統識別出。本發明還涉及包括所述校準板的數碼顯微鏡系統。

技術領域

本發明涉及一種用于對數碼顯微鏡進行測量校準的校準板、利用該校準板對數碼顯微鏡進行測量校準的方法、以及包括該校準板的數碼顯微鏡系統。

背景技術

在數碼顯微鏡（在本專利中，數碼顯微鏡指“帶有成像系統的顯微鏡”）中，經物鏡放大的標本圖像被內置的數碼相機捕捉和放大，然后顯示在顯示器上。顯微鏡使用者往往會有要在所顯示的圖像上直接進行尺寸測量的需求。對此可采用以下兩種基本的方法。

一種方法稱為理論校準，它是通過將顯微鏡物鏡的放大倍率（通常刻印在物鏡上）、數碼相機的適配透鏡的放大倍率和顯示器的放大倍率彼此相乘而得到總的放大倍率，然后用由軟件測得的顯示器圖像的尺寸除以總的放大倍率以得出標本的實際尺寸。這種方法的缺點在于，使用者需要知道目前安裝在顯微鏡上的是哪些部件，并且需要知道對每個可更換的顯微鏡部件的總放大倍率的影響，以及它們彼此之間是如何相互作用的。另一個大的缺點是，理論校準無法考慮到各單個裝置的制造公差。

另一種方法稱為測量校準，它是利用數碼顯微鏡的軟件提供像素映射功能以測量圖像的像素距離。為了將像素距離轉換成標本上的實際距離，使用者需要對一尺寸已知的物體進行測量。通過該基準物體能精確地建立起顯示器屏幕上的像素距離與標本上的實際距離之間的關系并通過顯微鏡軟件記錄下來。然后，可利用該校準系統來測量感興趣的標本。上述基準物體被稱作校準板。測量校準不需要使用者知道顯微鏡的太多信息，但需要利用顯微鏡的軟件對實際尺寸已知的基準物體生成圖像。然后，軟件測量該圖像中的兩個特征之間的像素距離，并借助于使用者輸入的實際（已知）距離建立起映射關系。

市面上最常用的一種典型的校準板在其上包含分度線標尺圖案。當測量校準開始時，使用者將校準板置于顯微鏡的載物臺上。然后，選擇一個物鏡、聚焦并移動校準板直至標尺的圖像清晰地出現在顯示器中。在顯示器上選擇標尺的起點和終點，并由軟件讀出它們之間的像素距離D_pixel。在顯示器上數一下在所選擇的起點和終點之間有幾個標尺刻度，由于每個標尺刻度所代表的實際距離是已知的，所以可計算出所選擇的起點和終點之間的實際距離D_real。用上述像素距離除以實際距離即可得出放大倍率M=（D_pixel/D_real）并保存在顯微鏡軟件中，由此完成對選定物鏡的測量校準。最后可切換至別的物鏡并重復上述步驟，直至所有的物鏡都被校準。利用標尺進行的上述測量校準的缺點在于，校準過程需要人的過多介入（選擇標尺的起點和終點），并且校準精度取決于人的操作，如果人在測量基準物體時出現錯誤，則會影響校準精度。

作為測量校準的一個例子，在M.T.Postek的題為“Critical Issues in ScanningElectron Microscopes Metrology”（Journal of Research of the National Inst.ofStandards&Technol.Vol.99,No.5,1994年10月,第658-660頁）的文章中提出利用間距放大基準物作為放大倍率校準的標準，其優點是能夠提高校準精度，因為間距基準物包含多個可重復的相同特征（線段或線條）。與被校準的顯微鏡的類型或型號無關地，這些線條看上去彼此相同。這十分有利于獲取存在于顯微鏡圖像中的這些結構的間距值。可認為圖像中相鄰的線條特征上的任意等同點之間的距離即為間距值。這些點可利用視頻信號中的最大或最小亮度、視頻信號中的任意重復特征等設立或標記出來。這種方法中的圖像識別是基于信號強度-最大亮度和最小亮度來提取周期，不是一種基于幾何特征的精確計算算法，而亮度很容易受到各種誤差的影響。