一种可自动识别归类的水下荧光显微镜的制作方法

1.本发明涉及显微镜技术领域，具体涉及一种可自动识别归类的水下荧光显微镜。


背景技术：

2.荧光显微镜是以一种或多种特定波长的激光为光源，用以照射被检物体，使之发出荧光，然后在显微镜下观察物体的形状及其所在位置。
3.荧光显微镜用于研究细胞内物质的吸收、运输、化学物质的分布及定位等。细胞中有些物质，如叶绿素等，受紫外线照射后可发荧光；另有一些物质本身虽不能发荧光，但如果用荧光染料或荧光抗体染色后，经紫外线照射亦可发荧光，荧光显微镜就是对这类物质进行定性和定量研究的工具之一。
4.荧光显微镜是高能光源激发含有叶绿素的生物如藻类产生荧光后被物镜观察的显微镜，对于实验室研究藻类非常重要。现有的荧光显微镜研究藻类基本在实验室使用，需要加荧光染色剂使用，不能直接投放到水中，并且无法对藻类进行识别分类。


技术实现要素：

5.有鉴于此，为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种可自动识别归类的水下荧光显微镜，增加了藻类尺寸这个特征值，利用显微相机图像中个体尺寸的测量，比对数据库中藻类尺寸范围，结合荧光亮度差异对藻类进行识别分类。
6.本发明通过以下技术手段解决上述问题：
7.一种可自动识别归类的水下荧光显微镜，包括：
8.左边筒；
9.激光模组，包含至少三种激光光源和驱动器，安装于左边筒内，激光光源和驱动器电连接；
10.盖板，安装于左边筒左端并与左边筒扣接，盖板与左边筒的内测通过密封圈防水；
11.防水插头，安装于盖板上，防水插头和驱动器通过数据线缆连接；
12.右边筒；
13.成像模组，包括相机和成相物镜，安装于右边筒内，相机和成相物镜连接；左边筒的驱动器引出数据线缆穿过中间接筒给相机供电；
14.中间接筒，中部部分镂空，水流自由穿过，但不能进入腔体；镂空部分为样本空间，是成相物镜的成像范围；中间接筒中心靠近样本空间的两端设置有透明防水玻璃窗，分别为左透明防水玻璃窗和右透明防水玻璃窗，光线可穿透，透明防水玻璃窗与激光光源出射孔、成相物镜同轴；右边筒和左边筒之间通过中间接筒连接互通，内测通过密封圈防水，整个腔体保持密封；
15.电脑，与防水插头通过数据线缆连接，用于通过比对数据库中藻类尺寸范围，结合荧光亮度差异对藻类进行识别分类。
16.进一步地，所述可自动识别归类的水下荧光显微镜还包括把手，所述把手与盖板
连接。
17.进一步地，所述密封圈为o型密封圈。
18.进一步地，所述可自动识别归类的水下荧光显微镜还包括滤镜，设置于右边筒内位于成相物镜的前端。
19.进一步地，所述防水插头共有13针,其中8针在内部与相机连接，外部与防水线缆连接后与电脑的网口连接传输图像，剩余5针中的2针外面接入数据线缆与水面上的电源连接，内部给激光光源与相机供电。
20.进一步地，通过比对数据库中藻类尺寸范围，结合荧光亮度差异对藻类进行识别分类具体为：
21.在不同光谱波段的激光光源激发下产生的荧光亮度不同，记录为iv、ib、 ig
…
；而不同类别的藻类在同样强度的激光照射下产生的荧光亮度也不同，由于可能激光光源的照射绝对强度在每次检查中有细微的差异，利用相对荧光亮度lg/lv、lg/lb
…
，来消除这个差异；增加藻类尺寸这个特征值，利用相机图像中个体尺寸的测量，比对数据库中藻类尺寸范围；最后利用相对荧光亮度和尺寸，构建一个判别分类的模型，从而对藻类进行分类识别。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：
23.1、本发明在水面以下检测藻类分布，水下作业深度可以达到500m；
24.2、本发明无需染色试剂，利用激光激发藻类产生荧光；
25.3、本发明具有在线检测能力，可以拖曳作业，实现大范围作业。
26.4、本发明增加了藻类尺寸这个特征值，利用显微相机图像中个体尺寸的测量，比对数据库中藻类尺寸范围，结合荧光亮度差异对藻类进行识别分类。
27.5、本发明由于可以在水下工作，所以可以很容易地投放到水体中进行原位检测，减少了取样成本，快速地进行藻类分类识别。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1是本发明可自动识别归类的水下荧光显微镜的结构示意图；
30.图2是本发明防水插头示意图；
31.图3是本发明紫色激光激发的荧光亮度iv的示意图；
32.图4是本发明蓝色激光激发的荧光亮度ib的示意图；
33.图5是本发明绿色激光激光的荧光亮度lg的示意图；
34.图6是本发明激光光源的照射绝对强度在每次检查中有细微差异的示意图；
35.图7是本发明利用相对荧光亮度和尺寸构建判别分类模型的示意图。
36.附图标记说明：
37.1、防水插头；2、盖板；3、左边筒；4、激光光源；5、驱动器；6、左透明防水玻璃窗；7、样本空间；8、右透明防水玻璃窗；9、滤镜；10、成相物镜； 11、相机；12、右边筒；13、中间接筒；14、密封圈。
具体实施方式
38.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.如图1所示，本发明提供一种可自动识别归类的水下荧光显微镜，包括左边筒3、右边筒12、中间接筒13、盖板2、防水插头1、把手和电脑，以及两个基本功能模组：激光模组和成像模组。
40.激光模组，包含至少三种激光光源4和驱动器5，安装于左边筒3内，激光光源4和驱动器5电连接。成像模组，包含相机11、成相物镜10和滤镜9，安装于右边筒12内，相机11和成相物镜10连接，滤镜9设置于右边筒12内位于成相物镜10 的前端。左边筒3和右边筒12之间用中间接筒13连接互通，同时整个腔体保持密封。中间接筒13中部部分镂空，水流自由穿过，但不能进入腔体。镂空部分也叫样本空间7，是成相物镜10的成像范围。中间接筒13中心靠近样本空间7的两端是透明防水玻璃窗，分别为左透明防水玻璃窗6和右透明防水玻璃窗8，光线可以穿透，透明防水玻璃窗与激光光源4出射孔、成相物镜10同轴。
41.盖板2安装于左边筒3左端并与左边筒3扣接，盖板2与左边筒3的内测通过密封圈14防水。防水插头1安装于盖板2上，防水插头1和驱动器5通过数据线缆连接。把手与盖板2连接，方便荧光显微镜拿起、放下和移动。
42.电脑，与防水插头通过数据线缆连接，用于通过比对数据库中藻类尺寸范围，结合荧光亮度差异对藻类进行识别分类。
43.相机数据传输到水面上的电脑；激光光源照射到水体中的藻类，藻类被照射后会被激发出荧光；相机会把显微物镜透过窗口观察到的荧光图像记录下来并传输到电脑中。
44.所述防水插头1共有13针(pin),其中8针在内部与相机11连接，外部与防水线缆连接后与电脑的网口连接传输图像，剩余5针中的2针外面接入数据线缆与水面上的电源连接，内部给激光光源4与相机11供电。
45.本荧光显微镜的原理是激光光源4发射激光，穿过左透明防水玻璃窗6后照射在样本空间7的水体中，由于水体中的藻类含有叶绿素，收到激光照射后会产生荧光，会穿过中间接筒13右透明防水玻璃窗8被成相物镜10捕捉并记录到相机11中，相机11数据会经过数据线缆传输到连接着防水插头1的电脑中。外接电源适配器会通过防水插头1给荧光显微镜供电。右边的相机11的电源则由左边筒3的驱动器5引出数据线缆穿过中间接筒13给相机11供电。这样本发明中间接筒13中心由透明防水玻璃窗防水，上下两端分别与左边筒3、右边筒12连接，内测用密封圈14防水，加上盖板2与左边筒3的内测用密封圈14防水，整体构成了密闭空间。所述密封圈14为o型密封圈14。
46.本发明荧光显微镜，采用了防水结构，可以在水下工作，实现了原位检测功能。本发明利用激发光源如紫色激光穿过通光窗口照射到水体中的藻类，藻类收到照射后激发出荧光被显微物镜成像到相机中，相机的图像数据经过水下电缆传输到电脑软件中查看。这种荧光显微镜采用了多个激发光源(3种或以上)，因为在不同光谱波段的激光激发下产生的荧光亮度不同，记录为iv、ib、ig
…ꢀ
(如图3-5所示)；而不同类别的藻类在同样强度的激光照射下产生的荧光亮度也不同，这个在相机拍摄到的显微图像中可以用图像中的藻类图
像灰度值数据进行自动分析测量，利用这个差异对照数据库中的信息，可以对藻类进行分类识别，记录为i1、i2、i3
…
,代表同一激发光源照射下，不同藻类激发的荧光亮度。激光光源越多，表达的亮度差异值约充分，为了更好地区分藻类，本发明增加了藻类尺寸这个特征值，利用显微相机图像中个体尺寸的测量，比对数据库中藻类尺寸范围，结合荧光亮度差异对藻类进行识别分类。
47.由于可能激光光源的照射绝对强度在每次检查中有细微的差异，为了更好的识别我们利用相对亮度的比值，来消除这个差异，即用lg/lv，lg/lb
…
，如图6所示，可以清晰地看到不同藻类除了在同等激光激发下产生的荧光亮度不同，不同类别的尺寸也有差异，加上尺寸这个判断因素后，能更准确地分类识别。如图7所示，利用相对荧光亮度、尺寸，构建一个判别分类的模型，可以有效地分类识别。同时由于本显微镜可以在水下工作，所以可以很容易地投放到水体中进行原位检测，减少了取样成本，快速地进行藻类分类识别。
48.本发明的荧光显微镜，能够在水下工作，并利用数据线缆实时传输荧光图像。可自动识别归类的水下荧光显微镜分为两个密闭空间，中间用留有水流空间的和光学窗口的接筒连接；这两个密闭空间都能独立防水，连上中间接筒后整体防水，用防水插头与整体连接可以实现投放水下作业。其中一个密闭空间放置激发荧光用的激光光源，另一个密闭空间放置滤镜和成像物镜以及拍摄物镜成像的相机。光源通过窗口照射流经的水体，水体中的藻类被激发后发出荧光被物镜捕捉后成像到相机，相机通过数据线与插头经线缆发送图像到水面上的电脑，就可以实时观测水中的藻类生物图像。
49.中间接筒与两个封闭壳体连接，壳体间用o型密封圈密封防水，中间左右两侧用窗口玻璃密封并且能透过光源发射的光和藻类被激发的荧光。中间接筒内部有孔可以贯通两个封闭壳体，从而形成整体的封闭空间，同时从插头接入的电源穿过左边密封壳体后给右边封闭壳体中的相机供电，相机图像信息通过线缆穿过该孔到插头经过线缆传输到水面上的电脑。
50.本发明是一种可自动识别归类的水下荧光显微镜，在水面以下检测藻类分布，水下作业深度可以达到500m。具有在线检测能力，可以投放拖曳作业，实现大范围作业。由于检测样本分布于水体，所以本发明需要让水体从产品中段流过，因为成像需要，产品需要分成激光模组空间和成像模组空间，而中段需要留出检测样本空间又需要联通上下模组空间并使之连通以允许电缆和气压协同。本发明无需染色试剂，利用激光激发藻类产生荧光。
51.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。