一种显微镜同步控制系统及方法

技术领域

本发明涉及显微镜成像控制领域，具体而言，涉及一种显微镜同步控制系统及方法。

背景技术

显微镜成像广泛用于生物学研究中，是揭示生命过程的重要研究手段。显微镜成像控制系统的核心是多维度的图像采集(维度包括时间t，XY位置，Z轴切片，多个荧光通道)，为了能够让显微镜能够按照预定的流程执行拍摄任务，传统做法是由计算机发送命令依次更改各个设备的参数或下达动作指令来实现的，不可避免地需要通过软件的方式与各个设备进行通信，这种通信往往需要消耗数毫秒，导致拍摄每帧图像会产生额外的延迟(几十毫秒不等)。此外，在传统方法中，相机拍摄所需的时间序列通常由计算机中软件发出由软件控制的时钟序列控制采集图像的时间点，由于操作系统的非实时性，这种时间序列可能会有几毫秒到几十毫秒的波动。对于高速的显微镜成像，比如研究细菌游动需要30Hz甚至更高的采集速度，通过计算机软件是做不到精确的时间控制的，需要用TTL作为外部触发信号控制显微镜的拍摄。

提升显微镜图像的数据采集效率对科学研究具有重要的意义，它能够1)提高科研所需数据集的容量，提高结果的统计学上的可靠性；2)能够缩短采集同样数据所需的时间，提升测量的时效性。减少不必要的延迟时间是提升采集效率基本方法，要求显微镜系统在时间和空间移动上实现高速高精度的控制相机、电动位移台及光源等设备实现：电动位移台移动到位后相机立即曝光，同时打开对应波长的光源，相机曝光完成后立即开始下一次的位移台移动，以此循环实现在时间(t)和空间(x，y，z)上的相机采集图像的低延迟。对于荧光成像，在相机曝光时间内，激发光源开启落后或者关闭提前会导致荧光激发减弱，而激发光源的提前开启或者延时关闭会增加对生物样品的毒性和光漂白，相机成像的时间和开启激发光源的时间的高度同步性是实现长时间和高频率的荧光图像采集的前提。而传统的软件控制方法无法满足如此高精度的时序要求，所以迫切需要一种能够实现高精度高速的图像采集硬件控制装置，这对荧光显微镜高速和高通量图像采集具有重大意义。

发明内容

本发明实施例提供了一种显微镜同步控制系统及方法，系统具备多路的数字信号输出，实现系统中复杂流程的精准拍摄。

根据本发明的一实施例，提供了一种显微镜同步控制系统，包括：上位机、显微镜高速同步控制装置、相机、激光器、LED光源及空间光调制器；

上位机通过串口与显微镜高速同步控制装置连接，用于发送特定的设置序列与数据序列对显微镜高速同步控制装置进行设置或发送触发序列控制显微镜高速同步控制装置产生数字信号；

显微镜高速同步控制装置根据数字信号控制相机、激光器、LED光源及空间光调制器的同步运行，数字信号包括相机曝光触发信号、LED光源触发信号、激光器触发信号及空间光调制器触发信号；

显微镜高速同步控制装置发送相机拍摄触发信号至相机，控制相机进行拍摄；显微镜高速同步控制装置发送数字信号至LED电源，控制LED电源开启；

显微镜高速同步控制装置发送激光器触发信号至激光器，显微镜高速同步控制装置发送调制器触发信号至空间光调制器，在相机进行拍摄时，触发空间光调制器，空间光调制器输出TTL信号到显微镜高速同步控制装置，显微镜高速同步控制装置发送激光器触发信号及空间光调制器触发信号做“与”之后的信号至激光器和空间调制器，以同步空间光调制器和激光器的输入信号，实现对LED光源和相机的时序精准控制，使相机进行拍摄。

进一步地，系统还包括电动位移台，数字信号还包括电动位移台触发信号，显微镜高速同步控制装置发送电动位移台触发信号至电动XY位移台，电动位移台根据接收到的电动位移台触发信号在X-Y二维平面中移动；

在相机拍摄结束后，显微镜高速同步控制装置将发出完成拍摄的电动位移台触发信号至电动位移台，使电动位移台移动至下一个预设位置；

在电动位移台移动至预设位置后，将发送外部触发信号至显微镜高速同步控制装置，使其开始下一个拍摄循环。

进一步地，系统还包括压电陶瓷Z台，数字信号还包括Z台模拟信号，显微镜高速同步控制装置发送Z台模拟信号至压电陶瓷Z台，压电陶瓷Z台根据接收到的Z台模拟信号上下移动；

在相机拍摄循环结束后，压电陶瓷Z台会进行上下的移动。

进一步地，显微镜高速同步控制装置包括集成电路板及外接的电源适配器，集成电路板上设置有主控芯片，主控芯片连接有两个数模芯片，两个数模芯片各连接有运放滤波器，电源适配器为系统供电；电源适配器为主控芯片提供变压芯片转换后的电压，电源适配器为两个数模芯片提供数模芯片电压、为两个运放滤波器提供滤波电压；

两个运放滤波器各自输出模拟信号，主控芯片提供十六路数字信号输出。

进一步地，集成电路板上还设置有上位机通信转码电路、电子式可擦除可编程只读存储电路、供电隔离及稳压电路、数字模拟信号转换电路、滤波及放大电路；

上位机通信转码电路，用于实现上位机与显微镜高速同步控制装置的双向通信；

电子式可擦除可编程只读存储电路，具有同时支持多次复写和断电存储功能，能够实现预存数据序列到控制盒的存储模块中，并且提供断电存储的功能；

供电隔离及稳压电路，用于隔离输入电压和模拟电压，并且对电压进行滤波；

数字模拟信号转换电路，用于产生十四位分辨率的模拟信号，实现显微镜拍摄过程中的高度同步；

滤波及放大电路，用于对电压进行放大及对放大后的电压进行滤波处理。

一种显微镜同步控制方法，包括以下步骤：

显微镜高速同步控制装置接收数据序列，并且显微镜高速同步控制装置查验数据序列是否符合规范；

若符合规范，则将数据序列储存；

判断数据序列是否为储存模式，若不是则进入等待模式，若是，则储存数据序列到显微镜高速同步控制装置内的存储电路，并进入等待模式；

显微镜高速同步控制装置接收到触发信号，触发至少携带有数据序列，显微镜高速同步控制装置查验数据序列；

调用数据数列，将显微镜高速同步控制装置中的数据序列读取并进行缓存；

调用缓存的数据序列，基于数据序列，输出数字信号，基于数字信号实现对LED光源和相机的时序精准控制，使相机进行拍摄。

进一步地，在显微镜高速同步控制装置接收到触发信号之前还包括：

设置相机的曝光时间等参数。

进一步地，在基于数字信号实现对LED光源和相机的时序精准控制，使相机进行拍摄之后还包括：

显微镜高速同步控制装置判断是否完成拍摄；

若是则结束拍摄，否则控制相机进行X-Y二维平面上的移动并进行拍摄，直至完成X-Y二维平面的拍摄。

进一步地，在完成X-Y二维平面的拍摄之后还包括：

显微镜高速同步控制装置接收控制相机进行上或下移动，以实现另一视距的拍摄，直至完成拍摄。

进一步地，在显微镜高速同步控制装置判断是否完成拍摄之前还包括：

预设在相机每一个X-Y二维平面拍摄的次数；

预设相机上或下移动的次数，及每次移动的距离。

本发明实施例中的显微镜同步控制系统及方法，系统包括：显微镜高速同步控制装置、相机、激光器、LED光源及空间光调制器；上位机通过串口与显微镜高速同步控制装置连接，用于发送特定的设置序列与数据序列对显微镜高速同步控制装置进行设置或发送触发序列控制显微镜高速同步控制装置产生数字信号。通过所述显微镜高速同步控制装置根据所述数字信号控制所述相机、激光器、LED光源及空间光调制器的同步运行实现在复杂的显微镜系统中相机的精准拍摄。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明显微镜同步控制系统的原理图；

图2为本发明显微镜同步控制系统的信号输出图；

图3为本发明显微镜同步控制系统的信号输出的一次快速X-Y扫描中的数字电平变化；

图4的标注部分为本发明图3的前220毫秒的节选部分；

图5为本发明显微镜高速同步控制系统外部中断显微镜控制示意图；

图6为本发明显微镜同步控制系统方法的流程图；

图7为本发明显微镜高速同步控制系统使用过程中的输入流程；

图8为本发明显微镜高速同步控制系统使用过程中的输出流程；

附图标记：1-上位机、2-显微镜高速同步控制装置、3-相机、4激光器、5-LED光源、6-空间光调制器、7-电动位移台、8-电压陶瓷Z台、9-荧光滤光块。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

实施例1

根据本发明一实施例，提供了一种基于深度学习的腹部体影像肝脏分割方法，参见图1，包括：上位机1、显微镜高速同步控制装置2、相机3、激光器4、LED光源5及空间光调制器6；

上位机1通过串口与显微镜高速同步控制装置连接，用于发送特定的设置序列与数据序列对显微镜高速同步控制装置2进行设置或发送触发序列控制显微镜高速同步控制装置2产生数字信号；

显微镜高速同步控制装置2根据数字信号控制相机3、激光器4、LED光源5及空间光调制器6的同步运行，数字信号包括相机3曝光触发信号、LED光源5触发信号、激光器4触发信号及空间光调制器6触发信号；

显微镜高速同步控制装置2发送相机3拍摄触发信号至相机3，控制相机3进行拍摄；显微镜高速同步控制装置2发送数字信号至LED电源，控制LED电源开启；

显微镜高速同步控制装置2发送激光器4触发信号至激光器4，显微镜高速同步控制装置2发送调制器触发信号至空间光调制器6，在相机3进行拍摄时，触发空间光调制器6，空间光调制器6输出TTL信号到显微镜高速同步控制装置2，显微镜高速同步控制装置2发送激光器4触发信号及空间光调制器6触发信号做“与”之后的信号至激光器4和空间调制器，以同步空间光调制器6和激光器4的输入信号，实现对LED光源5和相机3的时序精准控制，使相机3进行拍摄。

本发明实施例中的显微镜同步控制系统及方法，系统包括：显微镜高速同步控制装置2、相机3、激光器4、LED光源5及空间光调制器6；上位机1通过串口与显微镜高速同步控制装置连接，用于发送特定的设置序列与数据序列对显微镜高速同步控制装置2进行设置或发送触发序列控制显微镜高速同步控制装置2产生数字信号。通过显微镜高速同步控制装置2根据数字信号控制相机3、激光器4、LED光源5及空间光调制器6的同步运行实现在复杂的显微镜系统中相机3的精准拍摄。

以相机3的时序为主信号，触发其他设备的同步控制拍摄是现有显微镜在实现高速同步拍摄技术的主要特点，无法对电动位移台7等其他设备进行高精度的时序控制，对显微镜整体同步系统的支持性和扩展性不足。为此针对此缺点，本发明基于设备外部触发的高精度的时序控制方式，设计搭建了具备多路的数字输出和模拟输出的信号的高速同步控制装置，实现在更复杂的显微镜系统中复杂流程的精准拍摄；此外通过设置同步控制装置自身的外部触发，使得显微镜能够完成闭环的自驱动的高速拍摄流程。

根据本发明实施例的一方面，提供了一种显微镜高速同步控制系统，包括显微镜高速同步控制装置2，上位机1及显微镜相关设备，显微镜相关设备包括相机3、压电陶瓷Z台8、电动XY位移台(电动位移台7)、激光器4、LED光源5及空间光调制器6等。其中，电动XY位移台表示电动位移台7在X-Y二维平面上移动，压电陶瓷Z台8表示在Z轴方向上下移动。

显微镜高速同步控制装置2包括集成电路板与外接的电源适配器。其中集成电路板上包含如下部分：主控芯片、外围电路、上位机1通信转码电路、电子式可擦除可编程只读存储电路、供电隔离及稳压电路、数字模拟信号转换电路，运算放大器相关的滤波及放大电路。

上位机1用于操作人员交互，通过串口发送特定的设置序列与数据序列对显微镜高速同步控制装置2进行设置或发送触发序列控制显微镜高速同步控制装置2产生信号，可以但是不限于是笔记本电脑、台式电脑或者单片机等可以进行通信的终端。

显微镜相关设备包括相机3，压电陶瓷Z台8，电动位移台7，激光器4，LED光源5，空间光调制器6等。相机3曝光模式一般是由各个厂家设定，外部触发是其中基本模式，即通过脉冲电平触发相机3的曝光；压电陶瓷Z台8可以由模拟电压控制，根据行程和精度决定电压的范围和步长；电动位移台7具有两种信号，一种作为位移台的输入信号，该信号中的脉冲电平会触发位移台的移动，一种作为位移台的输出信号，当位移台在移动到位后从该信号发送脉冲电平；激光器4和LED光源5的开关是由脉冲高电平触发的；同时由于空间光调制器6的输入信号对时序有较高的要求，一般由高精度的TTL电平作为输入信号进行控制，用户可以选择具有不同模式的输入和输出，本发明的显微镜高速同步控制系统作为信号控制中心可以同步空间光调制器6和激光器4的输入信号，以实现光源和相机3做到高精度的时序控制。

参考图1和图2，本申请中上位机1与显微镜高速同步控制装置2之间的通信，显微镜高速同步控制装置2与显微镜的相关设备信号传输。具体为：

上位机1与显微镜高速同步控制装置2之间的通信包括上位机1向显微镜高速同步控制装置2发送的输入序列和显微镜高速同步控制装置2反馈的回文序列。其中输入序列包括设置序列，用于设置显微镜高速同步控制装置2的工作模式，例如开关外部中断功能和存储功能等；和不同模式的数据序列和信号触发序列，用于描述显微镜高速同步控制装置2需要发送的信号序列。回文序列包括显微镜高速同步控制装置2的数据或系统性报错及完成当前任务的回文。

显微镜高速同步控制装置2与显微镜相关设备的信号传输可以被概括为显微镜高速同步控制装置2向其他显微镜相关设备所提供的不少于十六路的数字信号输出，不少于两路的模拟输出和不少于两路的中断输入；图2中数字信号1至数字信号16，即对应为第一路数字信号至第十六路数字信号的输出。其中数字信号输出用于控制相机3，电动位移台7，激光器4，LED光源5，空间光调制器6等TTL触发设备。模拟输出在本实例中用于控制压电陶瓷Z台8，有效范围0～10V，步长1mV。中断输入用于外部TTL脉冲信号触发或影响本装置的信号发送，实现和显微镜相关设备的精确同步控制。外部中断还可以支持其他复杂信号的输入模式，比如配合空间光调制器68bit图像的输出信号，同指定的数字信号做‘与’和‘和’计算后输出，实现空间光调制器6显示8位图像时和多路光源信号的精确同步。

显微镜高速同步控制装置2包括集成电路板及外接的电源适配器，集成电路板上设置有主控芯片，主控芯片连接有两个数模芯片，两个数模芯片各连接有运放滤波器，电源适配器为系统供电；电源适配器为主控芯片提供变压芯片转换后的电压，电源适配器为两个数模芯片提供数模芯片电压、为两个运放滤波器提供滤波电压；两个运放滤波器各自输出模拟信号，主控芯片提供十六路数字信号输出。

具体地，本发明中提及的显微镜高速同步控制装置2中的集成电路板包括主控芯片、外围电路、上位机1通信转码电路、电子式可擦除可编程只读存储电路、供电隔离及稳压电路、数字模拟信号转换电路、运算放大器相关的滤波及放大电路。上位机1通信转码电路，用于实现上位机1与显微镜高速同步控制装置2的双向通信；电子式可擦除可编程只读存储电路，具有同时支持多次复写和断电存储功能，能够实现预存数据序列到控制盒的存储模块中，并且提供断电存储的功能；供电隔离及稳压电路，用于隔离输入电压和模拟电压，并且对电压进行滤波；数字模拟信号转换电路，用于产生十四位分辨率的模拟信号，实现显微镜拍摄过程中的高度同步；滤波及放大电路，用于对电压进行放大及对放大后的电压进行滤波处理。

主控芯片及外围电路在本实例中选用主频可到达到480MHz的STM32H7系列芯片，其外围电路包括晶振电路，烧录电路及手动重置电路。其高主频的特性可以满足高精度的时序控制，实现显微镜拍摄过程中的高度同步，发挥设备支持的最大性能。

上位机1通信方法在本实例中选取为USB转串口的通信方法，其通信线路简单，仅需一发一收共2根传输线即可实现双向通信。其转码电路在本实例中选用常用的串口转换芯片CH340，能够满足高波特率的串口通信。

电子式可擦除可编程只读存储电路在本实例中选用AT24系列芯片，其具有524,288比特的存储空间，同时支持多次复写和断电存储等功能。能够实现预存数据序列到控制盒的存储模块中，并且提供断电存储的功能。

供电隔离及稳压电路在本实例中选用TPH1515S-3W芯片用于隔离输入电压和模拟电压，并且使用LM1117S，TPS5430和TPS7A330来获得电路中所需的数字5V，数字3.3V，模拟5V，模拟12V和模拟-12V电压，并且使用相对应的方式对电压进行滤波。

数字模拟信号转换电路在本实例中选用DAC904高速数模转换芯片用于产生14位分辨率的模拟信号，其高达165MSPS的转换速率可以满足高精度的时序控制，实现显微镜拍摄过程中的高度同步，发挥设备支持的最大性能。并且选用ADA4898将DAC904所输出的差分信号转化为单端信号。

运算放大器相关的滤波及放大电路在本实例中选用AD620仪表放大器芯片作为放大模块，使用AD810作为主动低通滤波模块，使用LM358作为模拟输出的范围调节模块。显微镜高速同步控制装置2的模拟输出范围为-11V到+11V，在本实例中输出范围被调节为0-10V。

输入电压由单独的15V稳压适配器提供，输入电压在通过DCDC变压芯片后将被转换成：为芯片供电和USB串口供电电压(数字5V)，经过隔离转接后的模拟信号数模芯片电压(模拟5V)和滤波电压(模拟10V)。主控芯片通过USB串口和用户上位机1端通信，用户命令以十六进制编码的形式发送给主控芯片以及读取主控芯片返回信息。系统可设置成外部中断模式，外部的TTL信号进入后触发芯片的预存的信号输出。主控芯片在本实例中直接提供16路数字信号输出，模拟信号输出由主控芯片在数模转换和滤波后输出。

在本实例中，通过将信号连接到各个设备的外部触发引脚，显微镜高速同步控制装置2的各个数字信号通道和触发通的设备功能的对应如表1所示，表1为数字信号和触发设备功能的对应关系。

实施例中，系统包括电动位移台7，数字信号包括电动位移台7触发信号，显微镜高速同步控制装置2发送电动位移台7触发信号至电动XY位移台，电动位移台7根据接收到的电动位移台7触发信号在X-Y二维平面中移动；

在相机3拍摄结束后，显微镜高速同步控制装置2将发出完成拍摄的电动位移台7触发信号至电动位移台7，使电动位移台7移动至下一个预设位置；

在电动位移台7移动至预设位置后，将发送外部触发信号至显微镜高速同步控制装置2，使其开始下一个拍摄循环。

实施例中，系统还包括压电陶瓷Z台8，数字信号包括Z台模拟信号，显微镜高速同步控制装置2发送Z台模拟信号至压电陶瓷Z台8，压电陶瓷Z台8根据接收到的Z台模拟信号上下移动；

在相机3拍摄循环结束后，压电陶瓷Z台8会进行上下的移动。

下面以具体实施例，对本发明的电动位移台7及压电陶瓷Z台8的运动进行详细说明：

参考图1至图4，本实例中提供的最小时间单位为1微秒，最小可调范围为0.25微秒。本申请可用于编码所有引脚任意数量个任意时间长度任意电平的数据序列，使用基础方法需要明确所需的信号时间序列，即需要用户明确指定每次数字或模拟信号发生改变时的改变前电平状态，改变所发生的时间点和改变后电平状态。图3和图4展示了一次快速XY扫描拍摄流程中几路数字信号的序列，该快速XY扫描包括相机3曝光触发信号与LED光源5和激光器4触发信号的同步，以及设置微镜高速同步控制装置的信号和空间光调制器6的反馈信号做‘与’输出。图3和图4Y轴表示数字信号的电平变化，1代表数字信号的高电平，0代表数字信号的低电平。X轴表示系统运行的时间，单位为0.1毫秒。其中图4中标注的部分为图3的前220毫秒的节选部分。

本实例中的快速XY扫描拍摄流程遵循以下操作：即先从相机3触发信号发出上升沿触发相机3的曝光开启(在时间轴的0.5毫秒)，在相机3从接收到上升沿信号到硬件启动完成开始拍摄需要约24毫秒。开始拍摄后(在时间轴的23.5毫秒)，改变LED光源5对应的数字信号至高电平，其中LED光源5的触发方式为与数字信号完全同步，即数字信号为高电平时LED光源5开启，数字信号为低电平时LED光源5关闭。本实例中所需的LED光源5开启持续时长为50毫秒，即在时间轴的73.5毫秒数字信号变为低电平，LED光源5停止产生信号，单次拍摄结束。在本实例中多次拍摄之间的间隔被选取为20毫秒，即在93.5毫秒下一次拍摄开始。与前一个拍摄的操作相同，先使用相机3触发信号的上升沿触发相机3曝光(在时间轴的95毫秒)，开始拍摄后(在时间轴的119毫秒)触发空间光调制器6(本实例中为第二路数字信号)和激光器4对应的数字信号(本实例中为第四，第五，第六，第七路数字信号)。同时，在触发空间光调制器6时，空间光调制器6的输出为经过特殊调制的TTL信号作为外部中断信号反馈到显微镜高速同步控制装置2，显微镜高速同步控制装置2发送至激光器4的数字信号为设定的激光器4信号与作为外部中断的空间光调制器6信号做‘与’之后的输出。后面几个与激光器4相关的拍摄都遵循相同的操作，这样操作的目的是为了激光的开启关闭时序与空间光调制器6液晶的翻转时序完全同步。在一个包含LED光源5和4个激光器4信号的拍摄循环结束后，显微镜高速同步控制装置2将发出一个完成拍摄的电动位移台7触发信号，使电动位移台7移动至下一个视野，电动位移台7移动结束后，将发送一个外部触发信号至显微镜高速同步控制装置2，使其开始下一个拍摄循环。

此外在Z扫描的模式中，在每个拍摄循环结束后，压电Z台会进行一次的Z轴方向上的移动。在本实例中，一共拍摄17张照片，从压电Z台的相对居中位置(总行程为150nm，本历程选取75nm作为居中位置)的-1.6nm开始拍摄，每次拍摄循环后Z轴步进0.2nm。表2为一次XY扫描模式中数字信号及模拟信号发生的变化及所发送的数据。

表2

按照上述操作，数字信号和模拟信号将在如下时间点发生电平的改变：0毫秒，0.5毫秒，10.5毫秒，23.5毫秒，74.5毫秒等。在每个发生电平改变的时间节点都需要一组数据对变化后的数字信号，模拟信号和本次变化持续的时间进行描述。如上表中的0ms时描述电平状态为：数字信号均为低电平，模拟信号一电压为4.8933V对应73.4nm的压电Z台高度，模拟信号二表现为常量5V。在0.5ms时，相机3触发信号(第一路数字信号)变为高电平，其数字信号转换为十六进制的0x0001，模拟信号一电压保持为4.8933V，模拟信号二保持为常量5V。在完成一个拍摄循环后，即93.5ms进入第二个拍摄循环，此时的数字信号电平状态和0.5V时一致，但是模拟信号电平步进了0.2nm，其电平表现为4.9067V，模拟信号二保持为常量5V。

上述基础控制方法能够描述所有的输出序列，但是针对一些持续时间长，序列内容相对重复的情况，一些通用的复杂方法可以减少代码冗余，提升单片机处理的效率，减少单片机处理数据序列的时间。比如针对完全重复的序列，序列中可以加入对循环次数的描述，可以实现特定输出信号以特定频率触发。此外针对用户的需求，可以定制特定的数据序列以尽可能地提高发送序列的效率。显微镜高速同步控制装置2目前包含表3数据序列的分类：

表3

显微镜高速同步控制系统的控制方法如图5所示。本实例中，显微镜成像相机3的拍摄过程首先由PC端设定相机3曝光时间，光源强度等参数，根据相关设备的触发模式设置相机3和光源处于等待状态。本发明实例中，在XY扫描的模式中，显微镜使用ASI公司的MS2000电动位移台7作为XY电动位移台7，加载具有ARRAY扫描的快速XY固件，激光器4使用Coherent的OBIS系列激光，LED使用Thorlabs的LED或者CoolLED公司的PE4000系列，空间光调制器6使用ForthDD的QXGA-R10系列芯片。用显微镜高速同步控制装置2的TTL电平作为脉冲信号触发XY电动位移台7的移动，电动位移台7在移动到位后发送TTL脉冲信号作为控制系统的外部中断，触发控制系统已经写入存储的时序发送，实现相机3，光源等设备的曝光，完成显微镜图像的拍摄。使用电动位移台7移动到位的信号作为下一次信号的触发，使用预存的序列提升设备的运行效率。在Z扫描的模式中，由0-10V模拟电压控制压电陶瓷Z台8，在每个模拟信号步长内发送拍摄序列完成各个通道的显微镜图像拍摄。综上，实现对时间、XY及Z扫描和通道的多维显微镜拍摄。

参考图7和图8，描述了显微镜高速同步控制装置2在系统中交互的两个主要的常规流程，图7描述了显微镜高速同步控制系统使用过程中的输入流程，主要包括上位机1和显微镜高速同步控制装置2之间的交互。用户在上位机1端编辑数据指令并且可以用特定软件产生可视化的序列进行查验。发送数据指令至显微镜高速同步控制装置2后，装置本身也会对指令进行查验，并且提供反馈，在某些高速连续输出的情况下可以屏蔽掉查验和反馈阶段以达到提升运行速度的目的。如查验序列正确，数据指令将会储存在缓存中，并且由主控芯片判断是否要存入电子式可擦除可编程只读存储电路中，并且进入等待模式。

图8描述了显微镜高速同步控制系统使用过程中的常规输出流程，主要包括了上位机1，显微镜高速同步控制装置2和显微镜外设之间的交互。通常情况下，用户需要先对显微镜外设进行设置，如图7和图8所示，用户需要在上位机1端对相机3的曝光时间等参数进行设置。设置后即可开始触发阶段，目前有两种方式可以触发输出信号，第一种为使用上位机1直接发送触发指令，第二种为外设在准备完成后发送外部中断信号，第二种方式相对来说可以提供更快的触发速度。接收到指令后，由主控芯片判断是否要读取电子式可擦除可编程只读存储电路中的数据。如图8中描述的操作，在一个拍摄循环结束后，显微镜高速同步控制装置2将判断是否完成所有操作，如果为完成则发出一个完成拍摄的电动位移台7触发信号，使电动位移台7移动至下一个视野，电动位移台7移动结束后，将发送一个外部触发信号至显微镜高速同步控制装置2，使其开始下一个拍摄循环。如果完成所有操作，将结束循环，并且等待后续的指令。

如图3所示，为多路信号在一次快速XY扫描中的信号输出，其基础模式下的数据指令为：

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。

其中每十位数据为一组电平发生改变时所需要数据，前四位数据为本次电平改变后数字信号所代表的十六进制数字，后六位数据代表距离下一次电平改变发生的时间。

实施例2

根据本发明一实施例，提供了一种显微镜同步控制方法，参见图6，包括以下步骤：

S101：显微镜高速同步控制装置接收数据序列，并且显微镜高速同步控制装置查验数据序列是否符合规范；

S102：若符合规范，则将数据序列储存；

S103：判断数据序列是否为储存模式，若不是则进入等待模式，若是，则储存数据序列到显微镜高速同步控制装置内的存储电路，并进入等待模式；

S104：显微镜高速同步控制装置接收到触发信号，触发至少携带有数据序列，显微镜高速同步控制装置查验数据序列；

S105：调用数据数列，将显微镜高速同步控制装置中的数据序列读取并进行缓存；

S106：调用缓存的数据序列，基于数据序列，输出数字信号，基于数字信号实现对LED光源和相机的时序精准控制，使相机进行拍摄。

本申请通过显微镜高速同步控制装置基于数据序列，输出数字信号，控制相机在复杂的显微镜系统中相机的精准拍摄。

下面以具体实施例，对本发明的显微镜同步控制方法进行详细说明：

步骤一：上位机1和显微镜高速同步控制装置2之间进行交互，用户在上位机1端编辑携带有数据序列的数据指令至显微镜高速同步控制装置2；用户在上位机1端编辑数据指令并且可以用特定软件产生可视化的序列进行查验；此外，通过显微镜高速同步控制装置2本身也可以对序列进行查验数据序列是否符合规范并且可以正确识别，并且提供反馈，在某些高速连续输出的情况下可以屏蔽掉查验和反馈阶段以达到提升运行速度的目的。

步骤二：若查验数据序列符合规范或查验序列正确，数据序列将会储存在缓存中。

步骤三：由主控芯片判断数据序列是否要存入电子式可擦除可编程只读存储电路中，若不是则进入等待模式，否则储存数据序列到显微镜高速同步控制装置2内的存储电路，并进入等待模式。

上述步骤一至步骤三为显微镜高速同步控制系统使用过程中的输入流程，如图7所示。

步骤四：显微镜高速同步控制装置2接收到触发信号，触发至少携带有数据序列，显微镜高速同步控制装置2查验数据序列；

在显微镜高速同步控制装置2接收到触发信号之前还包括：

设置相机3的曝光时间等参数。

具体地，显微镜高速同步控制装置2和显微镜外设之间的交互。通常情况下，用户需要先对显微镜外设进行设置，在上位机1端对相机3的曝光时间等参数进行设置，设置后即可开始触发阶段。

目前有两种方式可以触发输出信号，第一种为使用上位机1直接发送触发指令，第二种为外设在准备完成后发送外部中断信号，第二种方式相对来说可以提供更快的触发速度。

步骤五：接收触发信号到后，由显微镜高速同步控制装置2的主控芯片判断是否要读取电子式可擦除可编程只读存储电路中的数据。若是调用数据数列，将显微镜高速同步控制装置2中的数据序列读取并进行缓存。

步骤六：调用缓存的数据序列，基于数据序列，输出数字信号至相机3、压电陶瓷Z台8、电动XY位移台、LED光源5及空间光调制器6，使得LED光源5和相机3的时序精准控制，使相机3进行拍摄。

上述步骤四至步骤六为显微镜高速同步控制系统使用过程中的输出流程，如图8所示。

实施例中，在基于数字信号实现对LED光源5和相机3的时序精准控制，使相机3进行拍摄之后还包括：

显微镜高速同步控制装置2判断是否完成拍摄；

若是则结束拍摄，否则控制相机3进行X-Y二维平面上的移动并进行拍摄，直至完成X-Y二维平面的拍摄。

具体地，在一个拍摄循环结束后，显微镜高速同步控制装置2将判断拍摄是否完成拍摄，如果未完成则显微镜高速同步控制装置2发出一个完成拍摄的电动位移台7触发信号，电动XY位移台收到触发信号后位移，使电动位移台7移动至下一个视野，电动XY位移台移动结束后，将发送一个外部触发信号至显微镜高速同步控制装置2，使其开始下一个拍摄循环。如果完成所有操作，则将结束循环，并且等待后续的指令。

实施例中，在完成X-Y二维平面的拍摄之后还包括：

显微镜高速同步控制装置2接收控制相机3进行上或下移动，以实现另一视距的拍摄，直至完成拍摄。

在显微镜高速同步控制装置2判断是否完成拍摄之前还包括：

预设在相机3每一个X-Y二维平面拍摄的次数；

预设相机3上或下移动的次数，及每次移动的距离。

本发明显微镜高速同步控制系统中，用显微镜高速同步控制装置2的TTL电平作为脉冲信号触发XY电动位移台7的移动，电动位移台7在移动到位后发送TTL脉冲信号作为控制系统的外部中断，触发控制系统已经写入存储的时序发送，实现相机3，光源等设备的曝光，完成显微镜图像的拍摄。使用电动位移台7移动到位的信号作为下一次信号的触发，使用预存的序列提升设备的运行效率。

相对于现有技术，本发明能够解决目前显微镜的拍摄时序控制上的高度同步问题，实现高速地同步拍摄。其整体结构简单，成本较低，实际操作方便，兼容性广，对提高显微镜拍摄效率和减少荧光成像时的光漂白等具有重大意义。如图1所示，物镜10通过荧光滤光块9进行观察，相机3通过荧光滤光块9进行拍摄。

本发明已经过荧光显微镜图像拍摄的实际上机测试验证，完全可以实现对多视野，多通道荧光的拍摄。经过编辑显微镜拍摄协议的时序，控制相机3曝光，光源开启，空间光调制器6的同步。操作简单，适用性广，而且整体成本低，由此本发明具有较大的发展前景和商业价值。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。