本发明公开一种基于计算机显微视觉断层扫描技术的显微视觉系统的景深数字化扩展方法及系统，其首先通过计算机显微视觉断层扫描技术获得断层扫描图像，通过断层扫描图像结合精密定位系统的步长获取断层扫描图像对应的三维断层视场空间；其次，通过栅格化、数字化等技术重构三维断层空间数字化信息；最后，根据所有获取的断层空间的数字化信息以及断层空间位置信息获取景深扩展的数字化显微视场空间，实现景深扩展。本发明克服了高分辨和大景深的矛盾，突破了显微视觉系统的小景深使得超景深空间信息无法准确获取的限制，并将超大景深的微装配系统的显微视场空间信息采用数字化的信息表示出来，形象直观的表征了超景深显微视场空间的三维物体信息。
1.一种显微视觉系统显微景深数字化扩展方法，其特征在于，所述显微景深数字化扩展方法包括步骤：(1)采用计算机显微视觉断层扫描技术获得断层扫描图像序列以及精密定位系统的位移量序列；
(2)根据获得的断层扫描图像序列以及精密定位系统的步长，重构三维断层视场空间，计算三维断层空间数字化信息，得到景深扩展的数字化显微视场空间，实现显微景深数字化扩展；步骤(2)具体包括：(2.1)利用断层扫描图像序列以及精密定位系统步长序列获取对应的三维断层视场空间序列向量；
(2.3)对三维断层视场空间序列栅格化及栅格数值化，获取三维断层视场空间的数字化信息；
(2.4)根据三维断层视场空间数字化信息，计算景深扩展的数字化三维显微视场空间Se，实现显微视场空间的显微景深数字化扩展。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)的计算机显微视觉断层扫描技术包括：(1.1)确定进行显微视觉断层扫描的精密定位系统的步长、运动方向、运动方式、运动速度、初始位置以及初始位置时显微视觉系统物镜距定义坐标系原点的垂直距离Dc，显微视觉系统光轴穿过焦平面的图像主点位置为(x0，y0)；确定相应的显微视觉系统的视场分辨率大小、景深大小、像元尺寸、放大倍数，设置合适的光源光强；
(1.2)精密定位系统(1)控制显微视觉系统(2)沿着定义坐标系(7)的坐标轴以一定的运动步长进行图像断层扫描，获得Z轴方向的二维断层扫描图像序列，精密定位系统的步长为Δ，记录断层扫描图像序列为Imgz以及精密定位系统的位移量序列为Dz：Imgz＝[Img1 Img2 … Imgk … ImgN]
其中Imgz为微装配系统中精密定位系统控制显微视觉系统进行断层扫描获取的断层扫描图像序列构建的向量，N为精密定位系统控制显微视觉系统沿Z轴方向扫描的次数，Dz为精密定位系统控制显微视觉系统进行断层扫描时的位移向量；
精密定位系统第k次运动后位移量Dk与其步长Δ的关系式如下：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于断层扫描的精密定位系统运动步长Δ需要满足：Δ≤DOF其中DOF为进行断层扫描的显微视觉系统的景深。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于：所述步骤(2.1)利用获取的断层扫描图像序列结合精密定位系统的步长序列获取对应的三维断层视场空间如下：设置显微视觉系统(2)的视场高为H，视场宽为W，精密定位系统的步长为Δ，沿Z轴扫描的断层图像序列Imgk相对应的三维断层空间大小均为H×W×Δ，获得三维断层视场空间序列向量为：Sz＝[S1 S2 … Sk … SN]
式中xk、yk、zk分别为定义坐标系(7)X轴、Y轴、Z轴方向上的范围，d2为显微视觉系统(2)的物距。
5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于：所述步骤(2.2)去除三维断层视场空间以外的信息的方法如下：沿Z轴方向的三维断层视场空间Sk对应的精密定位系统沿Z轴方向的位移量为Dk，精密定位系统初始位置时显微视觉系统物镜距定义坐标系的原点的垂直距离为Dc，根据显微视觉系统(2)对应的物距d2，在X轴方向区间为 在Y轴方向区间为 在Z轴方向区间为的范围内的信号均为三维断层扫描空间Sk的信息，去除非该范围内信号。
6.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于：所述步骤(2.3)对三维断层视场空间序列栅格化及栅格数值化，获取三维断层视场空间的数字化信息的方法如下：针对三维断层视场空间Sk，设置一个n×n×n个像素点的栅格立方体，利用 个栅格立方体对三维断层视场空间Sk离散化，并根据栅格立方体位置以及栅格立方体的函数值，构建三维数字化矩阵 表示，设置每个栅格立方体中像素点为1的个数Npix，设置栅格立方体赋值阈值为TH，若Npix≥TH，则此栅格立方体赋值为1，否则赋值为0，三维断层视场空间Sk中(pi，qi，ri)位置的栅格立方体的赋值函数为 即：其中 pi∈[1 2 … p]，qi∈[1 2 … q]，ri∈[1 2 … r]，Npix(pi，qi，ri)为三维断层视场空间Sk中位置为(pi，qi，ri)的栅格立方体中像素点为1的个数。
7.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于：所述步骤(2.4)计算景深扩展的数字化三维显微视场空间Se的具体过程如下：(2.4.1)计算两相邻三维断层空间Sk与Sk+1的可拼接计算的数字化矩阵Gk、Gk+1：当精密定位系统(1)控制显微视觉系统(2)沿Z轴正方向进行断层扫描Flagz＝1，根据两相邻三维断层空间Sk与Sk+1的数字化矩阵为 则：当精密定位系统(1)控制显微视觉系统(2)沿Z轴负方向进行断层扫描Flagz＝-1时：(2.4.2)计算显微视觉系统(2)的扩展的显微视场空间Se的数字化信息Ge为：其中[]′表示矩阵转置，Flagz用于记录沿定义坐标系Z轴扫描的方向，数字化信息Ge描述的沿Z轴方向的景深扩展后的显微视场空间Se大小为H×W×De，此时扩展后的显微视场空间的景深De为：De＝N×Δ
8.根据权利要求1-3之任一项所述的方法，其特征在于所述方法适用于显微视觉系统为单目、双目、三目以及多目显微视觉系统，适用于微装配、微操作系统或细胞操作系统的显微视觉系统的显微景深扩展。
9.实现权利要求1-3之任一项所述方法的显微视觉系统显微景深数字化扩展系统，包括精密定位系统(1)、显微视觉系统(2)和主计算机(25)，其特征在于，所述精密定位系统(1)用于带动显微视觉系统(2)沿显微视觉系统光轴方向运动以及进行精密定位；其包括实现一维精密运动的运动装置和实现定位精度与显微视觉系统景深匹配的高精度定位运动驱动执行器及控制器；
所述显微视觉系统(2)用于进行图像断层扫描获得断层扫描图像序列；其包括显微放大单元，即通过光学显微镜或者电子显微镜实现对显微视场空间中成像物体的放大，成像单元，即通过CCD或CMOS相机完成对显微视场空间中的物体成像；
所述主计算机(25)用于对精密定位系统(1)和显微视觉系统(2)进行控制计算，以及进行数字化显微视场空间结果显示。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，还配置有位移量标准量系统，控制切片位置和记录所获得的切片的位置信息；其包括设置于精密定位系统的运动机构上实现位移传感的位移量传感器，以及进行导轨控制运动反馈控制的精密定位系统控制器以及位移传感器控制器。
显微视觉系统显微景深数字化扩展方法及系统
技术领域
[0001] 本发明属于智能制造领域和科学研究领域，具体服务于微装配和微操作领域，具体涉及显微视觉技术，尤其涉及显微视场空间下包含跨尺度物体的观测与操作。
背景技术
[0002] 显微视觉系统是观测微小零件、微小物体、细胞的关键设备。为了能够清楚观测到不同尺寸物体的全局形貌信息，则需要根据不同物体尺寸调整显微视觉系统的景深，这增加了操作难度也降低了显微视觉系统的观测精度。在高分辨率、高放大倍数下显微视觉系统能够看清微小物体，但分辨率与景深成反比关系是其本身固有的特性，使得其不能观测到较大深度范围内的信息。因此，高分辨率与大景深的矛盾限制了显微视觉系统的性能。在微装配领域，针对不同尺度的物体或者零件装配，采用显微视觉系统无法在深度上获得所有待装配物体的全貌，其观测一部分零件或者物体时，另一部分零件超出了显微视觉系统的景深，而无法同时观测，这会导致装配或操作物体时无法为执行其提供有效的控制信号，从而使得装配或操作无法顺利进行。基于以上问题，需要研究一种显微视觉系统的显微景深扩展的解决办法。
发明内容
[0003] 本发明的目的是针对跨尺度多零件的观测，由于显微视觉系统存在高分辨率和大景深难以同时满足的矛盾问题而导致观测任务技术难度大、精度低以及无法进行观测等问题，提供一种基于计算机显微视觉断层扫描技术的显微视觉系统的显微景深数字化扩展方法及系统。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
[0005] 一种基于计算机显微视觉断层扫描的显微视觉系统的景深数字化扩展方法，其主要采用计算机显微视觉断层扫描技术利用显微视觉系统对微装配系统的显微视场空间进行扫描，获取断层扫描图像；基于计算机显微视觉断层扫描技术的显微景深扩展方法利用计算机显微视觉断层扫描技术获取的断层扫描图像序列结合精密定位系统的步长重构获得对应的三维断层视场空间，并计算三维断层视场空间数字化信息进而获取景深扩展的数字化显微视场空间，实现显微景深数字化扩展。具体步骤如下：
[0006] 步骤1，采用计算机显微视觉断层扫描技术获得断层扫描图像序列以及精密定位系统的位移量序列。
[0007] 步骤2，根据获得的断层扫描图像序列以及精密定位系统的步长序列，重构三维断层视场空间，计算三维断层空间数字化信息，得到景深扩展的数字化显微视场空间，实现显微景深扩展；步骤2具体包括：
[0008] 2.1利用断层扫描图像序列以及精密定位系统步长序列获取对应的三维断层视场空间序列向量；
[0009] 2.2去除三维断层视场空间以外的信息；
[0010] 2.3对三维断层视场空间序列栅格化及栅格数值化，获取三维断层视场空间的数字化信息；
[0011] 2.4根据三维断层视场空间数字化信息，计算景深扩展的数字化三维显微视场空间Se，实现显微视场空间的显微景深扩展。
[0012] 进一步，步骤1中，获取显微视场空间的断层扫描图像，是利用计算机显微视觉断层扫描技术通过精密定位系统控制显微视觉系统沿其光轴方向对显微视觉空间进行断层扫描，获取显微视觉空间局部断层空间的二维断层图像，具体内容如下：
[0013] (1.1)确定进行计算机显微视觉断层扫描的精密定位系统的步长、运动方向、运动方式、运动速度、初始位置以及初始位置时显微视觉系统物镜距定义坐标系原点的垂直距离Dc，显微视觉系统光轴穿过焦平面的图像主点位置为(x0，y0)；确定相应的显微视觉系统的视场分辨率大小、景深大小、像元尺寸、放大倍数，设置合适的光源光强。
[0014] (1.2)精密定位系统(1)控制显微视觉系统(2)沿着定义坐标系(7)的坐标轴以一定的运动步长进行图像断层扫描获得Z轴方向的二维断层扫描图像序列，精密定位系统的步长为Δ。记录断层扫描图像序列以及精密定位系统的位移如下：
[0015] Imgz＝[Img1 Img2 … Imgk … ImgN]
[0016] Dz＝[D1 D2 … Dk… DN]
[0017] 其中Imgz为微装配系统中精密定位系统控制显微视觉系统进行断层扫描获取的断层扫描图像序列构建的向量，N为精密定位系统控制显微视觉系统沿Z轴方向扫描的次数，Dz为精密定位系统控制显微视觉系统进行断层扫描时的位移向量。精密定位系统第k次运动后位移量Dk与其步长Δ的关系式如下：
[0018] Dk＝(k-1)Δ，k＝1，2，…，N
[0019] 进一步，步骤2中，(2.1)基于计算机显微视觉断层扫描技术扫描获取的断层扫描图像序列，结合精密定位系统的运动步长实现，重构各断层扫描图像的三维断层视场空间序列；设置显微视觉系统(2)的视场高(Height)为H，视场宽(Width)为W，精密定位系统的步长为Δ，沿Z轴扫描的断层图像序列Imgz相对应的三维断层空间大小均为H×W×Δ，获得三维断层视场空间序列向量为：
[0020] Sz＝[S1 S2 … Sk … SN]
[0021] 式中Sk为：
[0022]
[0023] 式中xk、yk、zk分别为定义坐标系(7)X轴、Y轴、Z轴方向上的范围，d2为显微视觉系统(2)的物距。
[0024] (2.2)去除三维断层视场空间序列以外的信息；沿Z轴方向的三维断层视场空间Sk对应的精密定位系统沿Z轴方向的位移量为Dk；根据显微视觉系统(2)的像距对应的物距d2，在X轴方向区间为 在Y轴方向区间为 在Z轴方向区间为范围内的信号均为三维断层扫描空间Sk的信息，去
除非该范围内信号；
[0025] (2.3)三维断层视场空间序列的栅格化及栅格数值化，获取三维断层视场空间的数字化信息；针对三维断层视场空间Sk，设置一个n×n×n个像素点的栅格立方体，利用个栅格立方体对三维断层视场空间Sk离散化，并根据栅格立方体位置以及栅格立方体的函数值，构建一个三维数字化矩阵 表示。设置每个栅格立方体中像素点为1的个数Npix，设置栅格立方体赋值阈值为TH，若Npix≥TH，则此栅格立方体赋值为1，否则赋值为0。三维断层视场空间Sk中(pi，qi，ri)位置的栅格立方体的赋值函数为 即：
[0026]
[0027]
[0028] 其中 pi∈[1 2 … p]，qi∈[1 2 … q]，ri∈[1 2 … r]，Npix(pi，qi，ri)为三维断层视场空间Sk中位置为(pi，qi，ri)的栅格立方体中像素点为1的个数。
[0029] (2.4)根据沿Z轴方向三维断层视场空间数字化信息，计算景深扩展的数字化三维显微视场空间，实现显微视场空间的显微景深扩展。计算景深扩展的数字化三维显微视场空间Se具体过程如下：
[0030] (2.4.1)计算两相邻三维断层空间Sk与Sk+1的可拼接计算的数字化矩阵Gk、Gk+1。定义精密定位系统(1)控制显微视觉系统(2)沿Z轴正方向进行断层扫描(Flagz＝1)，根据两相邻三维断层空间Sk与Sk+1的数字化矩阵为 则：
[0031]
[0032] 当精密定位系统(1)控制显微视觉系统(2)沿Z轴负方向进行断层扫描(Flagz＝-1)时：
[0033]
[0034] (2.4.2)计算显微视觉系统(2)的扩展的显微视场空间Se的数字化信息Ge为：
[0035]
[0036] 其中[]＇表示矩阵转置，Flagz用于记录沿定义坐标系Z轴扫描的方向。数字化信息Ge描述的沿Z轴方向的景深扩展后的显微视场空间Se大小为H×W×De，此时扩展后的显微视场空间的景深De为：
[0037] De＝N×Δ
[0038] 其中N为获取的断层扫描图像数量。
[0039] 本发明进一步提出一种基于计算机显微视觉断层扫描技术的显微视觉系统的显微景深数字化扩展系统，包括精密定位系统(1)、显微视觉系统(2)和主计算机(25)。
[0040] 所述精密定位系统(1)用于带动显微视觉系统(2)沿显微视觉系统光轴方向运动以及进行精密定位；其包括实现一维精密运动的运动装置和实现定位精度与显微视觉系统景深匹配的高精度定位运动驱动执行器及控制器；
[0041] 所述显微视觉系统(2)用于进行图像断层扫描获得断层扫描图像序列；其包括显微放大单元，即通过光学显微镜或者电子显微镜实现对显微视场空间中成像物体的放大，成像单元，即通过CCD或CMOS相机完成对显微视场空间中的物体成像；
[0042] 所述主计算机(25)用于对精密定位系统(1)和显微视觉系统(2)进行控制计算，以及进行数字化显微视场空间结果显示。
[0043] 本发明可以扩展到利用双目以及多目显微视觉系统实现显微视觉系统的景深扩展，为超景深、跨尺度微装配系统提供了较为详尽的空间物体分布、大小、形状等信息。
[0044] 本发明具有下述优点：
[0045] (1)针对显微视觉系统高分辨率与景深范围的矛盾，本发明在保持显微视觉系统高分辨率的情况下扩大的了显微视觉系统清晰成像的范围；
[0046] (2)相对现有的显微视觉系统通过调整放大倍数提高景深的方法，本发明避免了调整放大倍数而使得相机模型内外参数发生变化而未重复进行相机标定而导致的计算误差问题；
[0047] (3)利用数字化技术获取景深扩展后三维显微视场空间，避免了现有通过图像融合获取景深扩展而导致的整体图像清晰度下降的缺陷；
[0048] (4)通过景深扩展后三维数字化显微视场空间，得到零件对空间的占据情况，获取了零件三维信息，为零件的高精度重构提供了条件。
[0049] 由于计算机显微视觉断层扫描技术获取的不同断层空间的显微视图，对每个断层空间进行数字化重构，并根据所有获取的断层空间的数字化信息获取整个显微视场空间的数字化全局信息，实现了超景深信息与景深范围内空间的信息的统一描述，突破了显微视觉系统的小景深使得超景深空间信息无法准确获取的限制，实现了景深扩展。该方法不仅克服了高分辨和大景深的矛盾，而且也将超大景深的微装配系统的显微视场空间信息采用数字化的信息表示出来，形象直观的表征了超景深显微视场空间的三维物体信息。
附图说明
[0050] 图1是计算机显微视觉断层扫描技术原理示意图；
[0051] 图2是精密定位系统运动步长与景深不同大小关系的扫描示意图；
[0052] 图3是具有位移传感器的精密定位系统的计算机显微视觉断层扫描技术实现系统结构图；
[0053] 图4是常规精密定位系统的计算机显微视觉断层扫描技术实现系统结构图；
[0054] 图5是双目正交显微视觉系统的微装配系统显微视觉系统的显微景深数字化扩展示意图；
[0055] 图6是具有位移传感器的精密定位系统的双目正交显微视觉系统的计算机显微视觉断层扫描技术实现系统结构图；
[0056] 图7是常规精密定位系统的双目正交显微视觉系统的计算机显微视觉断层扫描技术实现系统结构图；
[0057] 图8是多目显微视觉系统的计算机显微视觉断层扫描技术原理示意图；
[0058] 图9是常规精密定位系统的多目正交显微视觉系统的计算机显微视觉断层扫描技术实现系统结构图；
[0059] 图10是具有位移传感器的精密定位系统的多目正交显微视觉系统的计算机显微视觉断层扫描技术实现系统结构图。
[0060] 图中：1、精密定位系统I，2、显微视觉系统I，3、视场宽，4、精密定位系统I运动步长，5、显微视场空间景深扩展的范围，6、工作台，7、定义坐标系，8、视场高，9、第1次采集的断层图像重构的三维空间深度范围，10、第2次采集的断层图像重构的三维空间深度范围，11、第1次采集的断层图像的景深，12、第2次采集的断层图像的景深，13、第3次采集的断层图像的景深，14、步长等于景深的步长，15、步长大于景深的步长，16、第k次扫描步长小于景深的步长，17、第k+1次扫描步长小于景深的步长，18、第k+2次扫描步长小于景深的步长，
19、步长等于景深的景深，20、步长大于景深的景深，21、步长大于景深的非扫描区域，22、第k次扫描步长小于景深的景深，23、第k+1次扫描步长小于景深的景深，24、第k+2次扫描步长小于景深的景深，25、主计算机，26、图像采集卡，27、光源控制器，28、精密定位系统控制器，
29、位移传感器控制器，30、微夹钳控制器，31、精密定位系统I的位移传感器，32、显微视觉系统I同轴光源，33、微夹钳系统，34、零件，35、升降旋转工作台，36、显微视觉系统II第1次采集的断层图像重构的三维空间深度范围，37、显微视觉系统II第2次采集的断层图像重构的三维空间深度范围，38、显微视觉系统II第3次采集的断层图像重构的三维空间深度范围，39显微视觉系统II，40、精密定位系统II，41、精密定位系统II的步长，42、显微视觉系统II第1次采集的断层图像的景深，43、显微视觉系统II第2次采集的断层图像的景深，44、显微视觉系统II第3次采集的断层图像的景深，45、精密定位系统II的位移传感器，46、显微视觉系统II同轴光源，47、精密定位系统III，48、显微视觉系统III，49、精密定位系统III的步长，50、显微视觉系统III同轴光源，51、精密定位系统III的位移传感器。，具体实施方式
[0061] 以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细描述。优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
[0062] 实施例1：
[0063] 图1所示为针对单目显微视觉系统基于计算机显微视觉断层扫描技术的显微景深扩展系统，其有精密定位系统I(1)控制显微视觉系统I(2)沿定义坐标系(7)的Z轴方向对显微视场空间进行断层扫描，精密定位系统作断层扫描的步长约束如图2所示。根据图2所示精密定位系统步长与显微视觉系统景深大小关系示意图，如标号(14)所示的Δ＝DOF此时沿Z轴进行断层扫描的显微视觉系统的三维断层空间的深度为DOF，此时三维空间为H×W×DOF；若如标号(16、17、18)所示的Δ＜DOF，此时三维断层视场空间大小为：H×W×Δ；若Δ＞DOF，如标号(15)所示，此时三维断层视场空间大小为：H×W×Δ；然而，区域大于可以清晰成像的最大空间区域，即一个景深区域，此时的断层视场空间存在如标号21所示的非清晰成像空间，使得断层扫描不能完全获取显微视场空间信息，从而产生数据丢失。基于计算机显微视觉断层扫描技术的显微景深扩展系统相应的硬件系统结构如图3、图4所示；根据图4所示精密定位系统I(1)控制显微视觉系统I(2)进行断层扫描。其中显微视觉系统I(2)由CCD或CMOS相机完成对显微视场空间中的物体成像；精密定位系统I(1)由一维精密运动的运动装置和实现定位精度与显微视觉系统景深匹配的高精度定位运动驱动装置及控制器构成。为了实现精密定位系统高精度位移监测，加装位移传感器(31)实现位移的检测，如图3所示，其中位移传感器(31)用于记录高精度的位移量。为此，为实现计算机显微视觉断层扫描技术硬件系统需要添加位移传感器控制器(29)配合位移传感器。
[0064] 实施例2：
[0065] 图5所示为针对双目正交的显微视觉系统的景深扩展系统，双目正交的显微视觉系统的景深扩展的硬件系统结构如图6和图7所示；其中图7中增加了精密定位系统II(40)控制显微视觉系统II(39)在水平方向对显微视场空间进行断层扫描，精密定位系统I(1)控制显微视觉系统I(2)在竖直方向对显微视场空间进行断层扫描。为了实现精密定位系统(1、40)高精度位移监测，分别加装位移传感器实现位移的检测如图6所示，其中位移传感器(31、45)分别用于记录精密定位系统(1、40)的高精度的位移量。为实现计算机显微视觉断层扫描技术硬件系统需要添加位移传感器控制器(29)配合位移传感器装置。
[0066] 实施例3：
[0067] 图8所示为针对三目正交的显微视觉系统的景深扩展系统，其中增加了精密定位系统III(47)和控制显微视觉系统III(48)，精密定位系统(1、40、47)分别控制显微视觉系统(2、39、48)沿着定义坐标系(7)的Z轴、X轴、Y轴进行断层扫描，分别获取断层扫描图像序列。三目正交的显微视觉系统基于计算机显微视觉断层扫描技术的显微视场景深扩展的硬件系统结构如图9、图10所示。在图9中，精密定位系统I(1)控制显微视觉系统I(2)沿竖直方向对显微视场空间进行断层扫描，精密定位系统II(40)控制显微视觉系统II(39)在左侧沿水平方向对显微视场空间进行断层扫描，精密定位系统III(47)控制显微视觉系统III(48)在后侧沿水平方向对显微视场空间进行断层扫描，分别获取断层扫描图像序列以及三个精密定位系统的位移量。为实现精密定位系统的位移量的精准测量，提高数字化重构三维断层扫描空间的精度，针对精密定位系统(1、40、47)分别加装位移传感器如图10所示。图10中，位移传感器(31、45、51)分别记录精密定位系统(1、40、47)的位移量。为实现位移的高精度测量计算机显微视觉断层扫描技术硬件系统需要添加位移传感器控制器(29)配合位移传感器装置。
[0068] 实施例4：
[0069] 通过以上实施例1-实施例3显示的系统，系统可以获得断层扫描图像等信息，并进一步在通过主计算机(25)对信息进行如下处理，最终获得显微景深扩展效果，过程如下：
[0070] 步骤1，采用计算机显微视觉断层扫描技术获得断层扫描图像序列以及精密定位系统的位移量序列。具体获取显微视场空间的断层扫描图像，是利用计算机显微视觉断层扫描技术通过精密定位系统控制显微视觉系统沿其光轴方向对显微视觉空间进行断层扫描，获取显微视觉空间局部断层空间的二维断层图像，内容如下：
[0071] 步骤1.1确定进行计算机显微视觉断层扫描的精密定位系统的步长、运动方向、运动方式、运动速度、初始位置以及初始位置时显微视觉系统物镜距定义坐标系原点的垂直距离Dc，显微视觉系统光轴穿过焦平面的图像主点位置为(x0，y0)；确定相应的显微视觉系统的视场分辨率大小、景深大小、像元尺寸、放大倍数，设置合适的光源光强。
[0072] 步骤1.2精密定位系统(1)控制显微视觉系统(2)沿着定义坐标系(7)的坐标轴以一定的运动步长进行图像断层扫描获得Z轴方向的二维断层扫描图像序列，精密定位系统的步长为Δ。记录断层扫描图像序列以及精密定位系统的位移如下：
[0073] Imgz＝[Img1 Img2 … Imgk … ImgN]
[0074] Dz＝[D1 D2 … Dk … DN]
[0075] 其中Imgz为微装配系统中精密定位系统控制显微视觉系统进行断层扫描获取的断层扫描图像序列构建的向量，N为精密定位系统控制显微视觉系统沿Z轴方向扫描的次数，Dz为精密定位系统控制显微视觉系统进行断层扫描时的位移向量。精密定位系统第k次运动后位移量Dk与其步长Δ的关系式如下：
[0076] Dk＝(k-1)Δ，k＝1，2，…，N
[0077] 步骤2，根据获得的断层扫描图像序列以及精密定位系统的步长序列，重构三维断层视场空间，计算三维断层空间数字化信息，得到景深扩展的数字化显微视场空间，实现显微景深扩展；步骤2具体包括：
[0078] 步骤2.1利用断层扫描图像序列以及精密定位系统步长序列获取对应的三维断层视场空间序列向量。具体是，基于计算机显微视觉断层扫描技术扫描获取的断层扫描图像序列，结合精密定位系统的运动步长实现，重构各断层扫描图像的三维断层视场空间序列；设置显微视觉系统(2)的视场高(Height)为H，视场宽(Width)为W，精密定位系统的步长为Δ，沿Z轴扫描的断层图像序列Imgz相对应的三维断层空间大小均为H×W×Δ，获得三维断层视场空间序列向量为：
[0079] Sz＝[S1 S2 … Sk … SN]
[0080] 式中Sk为：
[0081]
[0082] 步骤2.2去除三维断层视场空间以外的信息；
[0083] 沿Z轴方向的三维断层视场空间Sk对应的精密定位系统沿Z轴方向的位移量为Dk；根据显微视觉系统(2)的像距对应的物距d2，在X轴方向区间为 在Y轴方向
区间为 在Z轴方向区间为 范围内的
信号均为三维断层扫描空间Sk的信息，去除非该范围内信号。
[0084] 步骤2.3对三维断层视场空间序列栅格化及栅格数值化，获取三维断层视场空间的数字化信息：
[0085] 针对三维断层视场空间Sk，设置一个n×n×n个像素点的栅格立方体，利用个栅格立方体对三维断层视场空间Sk离散化，并根据栅格立方体位置以及栅格立方体的函数值，构建一个三维数字化矩阵 表示。设置每个栅格立方体中像素点为1的个数Npix，设置栅格立方体赋值阈值为TH，若 则此栅格立方体赋值为1，否则赋值为0。三维断层视场空间Sk中(pi，qi，ri)位置的栅格立方体的赋值函数为 即：
[0086]
[0087]
[0088] 其中 pi∈[1 2 … p]，qi∈[1 2 … q]，ri∈[1 2 … r]，Npix(pi，qi，ri)为三维断层视场空间Sk中位置为(pi，qi，ri)的栅格立方体中像素点为1的个数。
[0089] 步骤2.4根据沿Z轴方向三维断层视场空间数字化信息，计算景深扩展的数字化三维显微视场空间，实现显微视场空间的显微景深扩展。计算景深扩展的数字化三维显微视场空间Se具体过程如下：
[0090] 步骤2.4.1计算两相邻三维断层空间Sk与Sk+1的可拼接计算的数字化矩阵Gk、Gk+1。定义精密定位系统(1)控制显微视觉系统(2)沿Z轴正方向进行断层扫描(Flagz＝1)，根据两相邻三维断层空间Sk与Sk+1的数字化矩阵为 则：
[0091]
[0092] 当精密定位系统(1)控制显微视觉系统(2)沿Z轴负方向进行断层扫描(Flagz＝-1)时：
[0093]
[0094] 步骤2.4.2计算显微视觉系统(2)的扩展的显微视场空间Se的数字化信息Ge为：
[0095]
[0096] 其中[]′表示矩阵转置，Flagz用于记录沿定义坐标系Z轴扫描的方向。数字化信息Ge描述的沿Z轴方向的景深扩展后的显微视场空间Se大小为H×W×De，此时扩展后的显微视场空间的景深De为：
[0097] De＝N×Δ
[0098] 其中N为获取的断层扫描图像数量。
[0099] 对于双目和三目正交的显微视觉系统的景深扩展，增加的X方向和Y方向，按照以上方法做相同处理。
[0100] 以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
