專利名稱：轉(zhuǎn)基因作物花粉實(shí)時(shí)圖像自動(dòng)采集儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種轉(zhuǎn)基因作物花粉實(shí)時(shí)圖像自動(dòng)采集儀，屬于作物花粉實(shí)時(shí)圖像自動(dòng)采集技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前對(duì)于轉(zhuǎn)基因作物花粉圖像的采集主要有兩種方法。ー種是基于自然重力沉降法，將涂有粘合劑的載玻片按照一定的空間規(guī)律放置于轉(zhuǎn)基因作物實(shí)驗(yàn)田中直接進(jìn)行花粉采集，隨風(fēng)飄散的花粉在其自身的自然重力作用下被載玻片捕獲；另ー種是基于空氣流體連續(xù)性，通過一定的方法使轉(zhuǎn)基因花粉通過空氣流過采樣介質(zhì)被粘合劑所捕獲。自然重力沉降法需要在試驗(yàn)田周圍放置大量的人工采集桿，每天都需要花費(fèi)大量的時(shí)間放置載玻片和收集載玻片，最后還得通過傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡將落在載玻片上的花粉 數(shù)量讀取出來，需要較大的勞動(dòng)強(qiáng)度；利用空氣流體法，雖然不需要放置大量載玻片，但是在花粉采集過程中，人為的改變了采集器周圍的氣流環(huán)境，不能很好的反映出現(xiàn)實(shí)空氣中的花粉濃度，而且儀器同樣需要通過傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡對(duì)載體進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取。無論是采用自然重力沉降法或者基于空氣流體連續(xù)性設(shè)計(jì)的采集儀，都需要利用傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡或者數(shù)字顯微鏡對(duì)載體進(jìn)行人エ讀數(shù)，沒法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，這就需要耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間，影響花粉圖像信息采集效率。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出了轉(zhuǎn)基因作物花粉實(shí)時(shí)圖像自動(dòng)采集儀，將轉(zhuǎn)基因作物花粉的采集、識(shí)別、保存?zhèn)鬏數(shù)热窟^程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)，提高花粉圖像信息的采集效率，可以推廣到城市空氣中花粉顆粒和粉塵顆粒的觀測中。本實(shí)用新型具體采用如下技術(shù)方案ー種轉(zhuǎn)基因作物花粉實(shí)時(shí)圖像自動(dòng)采集儀，其特征在于，包括ARM核心板、CMOS數(shù)字顯微鏡、三維步進(jìn)電機(jī)、自然重力沉降采樣平臺(tái)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、觸摸屏、光源模塊、SD卡和電源，SD卡、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、CMOS數(shù)字顯微鏡、觸摸屏分別和ARM核心板連接，自然重力沉降采樣平臺(tái)和三維步進(jìn)電機(jī)連接，三維步進(jìn)電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接，光源模塊分別為CMOS數(shù)字顯微鏡和觸摸屏提供光源，電源為系統(tǒng)內(nèi)部供電。本實(shí)用新型的有益效果如下I、利用本實(shí)用新型的采集儀可以完成轉(zhuǎn)基因作物花粉實(shí)時(shí)圖像信息的自動(dòng)采集、拍攝、存儲(chǔ)和傳輸功能。通過后期的軟件處理，可以自動(dòng)計(jì)算出轉(zhuǎn)基因作物花粉的數(shù)量，反演出當(dāng)前空間的轉(zhuǎn)基因作物花粉濃度，不需要人工對(duì)載玻片進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，節(jié)約了時(shí)間，提高了工作的效率。2、傳統(tǒng)自然重力沉降法獲得每小時(shí)的花粉濃度資料則需要更多的人力每小時(shí)收集一次載玻片進(jìn)行讀數(shù)，本實(shí)用新型的采集儀可以自行設(shè)置采集周期，每小時(shí)對(duì)載玻片進(jìn)行一次數(shù)據(jù)讀取，可以很方便的獲得每小時(shí)空間中的轉(zhuǎn)基因作物花粉濃度資料，提高了エ作的效率。

圖I為轉(zhuǎn)基因作物花粉實(shí)時(shí)圖像自動(dòng)采集儀的結(jié)構(gòu)組成框圖。圖2為轉(zhuǎn)基因作物花粉實(shí)時(shí)圖像自動(dòng)采集儀的工作流程圖。圖3為儀器與人工對(duì)比桿擺放位置示意圖。圖4為儀器工程結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為利用本發(fā)明采集儀獲得的花粉濃度與人工獲得的花粉濃度對(duì)比圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖I為轉(zhuǎn)基因作物花粉實(shí)時(shí)圖像自動(dòng)采集儀的結(jié)構(gòu)組成框圖，包括ARM核心板、CMOS數(shù)字顯微鏡、三維步進(jìn)電機(jī)、自然重力沉降采樣平臺(tái)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、觸摸屏、光源模塊、SD卡和電源。SD卡、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、CMOS數(shù)字顯微鏡、觸摸屏分別和ARM核心板連接，自然重力沉降采樣平臺(tái)和三維步進(jìn)電機(jī)連接，三維步進(jìn)電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接，光源模塊分別為CMOS數(shù)字顯微鏡、觸摸屏提供光源，電源為系統(tǒng)內(nèi)部供電。其中，三維步進(jìn)電機(jī)由橫向步進(jìn)電機(jī)、縱向步進(jìn)電機(jī)和調(diào)焦步進(jìn)電機(jī)組成，橫向步進(jìn)電機(jī)、縱向步進(jìn)電機(jī)和調(diào)焦步進(jìn)電機(jī)分別用于控制自然重力沉降采樣平臺(tái)的左右、前后以及上下方向的運(yùn)動(dòng)。下面對(duì)各組成部件做詳細(xì)描述。I) ARM 核心板ARM核心板采用的三星公司的S3C2440A，主頻400Mhz，最高達(dá)到533Mhz，配置了128M的SDRAM、128M的Nand Flash以及2M的Nor Flash,擴(kuò)展出USB接口、SD數(shù)據(jù)存儲(chǔ)接口、串口、RJ-45網(wǎng)絡(luò)接口、IXD接口、CMOS接口以及一些GPIO 口。負(fù)責(zé)控制三維步進(jìn)電機(jī)平臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)，CMOS數(shù)字顯微鏡拍攝，處理CMOS數(shù)字顯微鏡傳輸回來的數(shù)字信號(hào)，壓縮成圖片信息保存到SD卡上，同時(shí)通過RJ-45接口傳輸?shù)诫娔X上。2) CMOS數(shù)字顯微鏡CMOS數(shù)字顯微鏡成像原理與傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡相同,將目鏡部分換成CMOS電子芯片，物體經(jīng)物鏡成像后在CMOS電子芯片上經(jīng)過光電二極管和放大器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，最終以數(shù)字信號(hào)的形式傳輸出來，保存成圖像信息供后期使用。本具體實(shí)施方式
的采集儀配有30w像素、130w像素兩種規(guī)格的CMOS數(shù)字顯微鏡，可以拍攝30w到130w分辨率之間的花粉圖片，可以分辨出花粉粒子的最小直徑為10um。3 )三維步進(jìn)電機(jī)平臺(tái)三維步進(jìn)電機(jī)平臺(tái)由三維步進(jìn)電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和采樣平臺(tái)組成，三維步進(jìn)電機(jī)由橫向步進(jìn)電機(jī)、縱向步進(jìn)電機(jī)和調(diào)焦步進(jìn)電機(jī)三個(gè)步進(jìn)電機(jī)組成，分別用于控制采樣平臺(tái)的左右、前后以及上下方向的運(yùn)動(dòng)。三維步進(jìn)電機(jī)平臺(tái)是整個(gè)儀器的核心部分，完成了自動(dòng)收集轉(zhuǎn)基因作物花粉，同時(shí)配合CMOS數(shù)字顯微鏡實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)拍攝轉(zhuǎn)基因作物花粉圖像信息的功能。4)尺度定標(biāo)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸經(jīng)尺度定標(biāo)后拍攝的轉(zhuǎn)基因作物花粉圖像照片存儲(chǔ)在ARM核心板上的SD存儲(chǔ)卡中，通過網(wǎng)絡(luò)接ロ傳輸?shù)诫娔X上。5)電源整個(gè)儀器使用到3種電壓，直流12V、直流5V以及直流3. 3V，分別用來對(duì)步進(jìn)電機(jī)、ARM核心板以及光源模塊進(jìn)行供電。12V電源有2種來源一是通過AC/DC轉(zhuǎn)換獲得；ニ是直接使用12V鋰電池，5V和3. 3V電壓分別在12V基礎(chǔ)上通過DC/DC降壓芯片LM2576獲得。轉(zhuǎn)基因作物花粉實(shí)時(shí)圖像自動(dòng)采集儀的工作流程如圖2所示，包括如下步驟I)打開電源，啟動(dòng)儀器內(nèi)的CMOS數(shù)字顯微鏡自動(dòng)對(duì)焦，當(dāng)對(duì)焦清晰后，設(shè)置初始采樣時(shí)間、采樣周期以及載玻片顯微拍攝幀數(shù)，否則重新對(duì)焦；2)到達(dá)采樣時(shí)間后，將采樣平臺(tái)自動(dòng)伸出等待花粉自然重力沉降，采樣周期結(jié)束時(shí)采樣平臺(tái)自動(dòng)收回到焦距位置；3)拍攝照片，拍攝結(jié)束后移至下一個(gè)拍攝點(diǎn)，按照設(shè)置的順序及幀數(shù)自動(dòng)進(jìn)行拍照，待全部拍攝完畢后，將花粉圖片傳輸?shù)絊D卡上，一次采樣結(jié)束，自動(dòng)轉(zhuǎn)入下一次采樣，直到結(jié)束采樣。用本實(shí)用新型提供的自動(dòng)采集儀采集轉(zhuǎn)基因玉米花粉圖像，每天早晨與人工采集桿同時(shí)放置載玻片，儀器放置在花粉源的迎風(fēng)方向，與人工采集桿到花粉源的距離相同，載玻片的高度也相同，保證兩者獲得的數(shù)據(jù)具有可比性。儀器與人工對(duì)比桿擺放位置如圖3所示。設(shè)置采集周期為I小時(shí)，采集點(diǎn)個(gè)數(shù)為30，每個(gè)載玻片進(jìn)行30次讀數(shù)，分為3行，每行讀取10個(gè)視場幀，最后將30個(gè)視場的花粉總數(shù)相加換算成単位面積花粉個(gè)數(shù)。經(jīng)過校正后，儀器獲得的花粉濃度與人工獲得的花粉濃度如圖5所示，兩者具有很好的一致性。圖4為儀器工程結(jié)構(gòu)示意圖，整個(gè)儀器重4Kg (除去電池可降低0. 5公斤)，便攜性大大提高，能方便地安裝于花粉采集現(xiàn)場。
權(quán)利要求1.一種轉(zhuǎn)基因作物花粉實(shí)時(shí)圖像自動(dòng)采集儀，其特征在于，包括ARM核心板、CMOS數(shù)字顯微鏡、三維步進(jìn)電機(jī)、自然重力沉降采樣平臺(tái)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、觸摸屏、光源模塊、SD卡和電源，SD卡、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、CMOS數(shù)字顯微鏡、觸摸屏分別和ARM核心板連接，自然重力沉降采樣平臺(tái)和三維步進(jìn)電機(jī)連接，三維步進(jìn)電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接，光源模塊分別為CMOS數(shù)字顯微鏡和觸摸屏提供光源，電源為系統(tǒng)內(nèi)部供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)基因作物花粉實(shí)時(shí)圖像自動(dòng)采集儀，其特征在 于,三維步進(jìn)電機(jī)由橫向步進(jìn)電機(jī)、縱向步進(jìn)電機(jī)和調(diào)焦步進(jìn)電機(jī)組成，橫向步進(jìn)電機(jī)、縱向步進(jìn)電機(jī)和調(diào)焦步進(jìn)電機(jī)分別用于控制自然重力沉降采樣平臺(tái)的左右、前后以及上下方向的運(yùn)動(dòng)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種轉(zhuǎn)基因作物花粉實(shí)時(shí)圖像自動(dòng)采集儀，屬于作物花粉實(shí)時(shí)圖像自動(dòng)采集處理技術(shù)領(lǐng)域。自動(dòng)采集儀包括ARM核心板、CMOS數(shù)字顯微鏡、三維步進(jìn)電機(jī)、自然重力沉降采樣平臺(tái)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、觸摸屏、光源模塊、SD卡和電源，使用該自動(dòng)采集儀可以將轉(zhuǎn)基因作物花粉的采集、識(shí)別、尺度定標(biāo)、保存?zhèn)鬏數(shù)热窟^程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)，提高花粉圖像信息的采集效率，并且可以推廣到作物花粉育種研究以及城市空氣中花粉和粉塵顆粒進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。
文檔編號(hào)G01N15/06GK202512042SQ201220048669
公開日2012年10月31日 申請日期2012年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月16日
發(fā)明者劉壽東, 姚克敏, 楊坤, 江曉東, 胡凝, 胡漢峰, 胡繼超, 邱康俊, 金鎖海, 陳萬隆, 顧松山 申請人:南京信息工程大學(xué)