АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ УДАЛЕННЫМ ОПТИЧЕСКИМ МИКРОСКОПОМ

Полезная модель относится к управляющим и регулирующим системам В измерительной технике, а именно к области сканирующей микроскопии, а также способам измерения с помощью сканирующего микроскопа. Модель может быть использована в учебных заведениях для изучения геометрии поверхности с помощью инвертированных металлографических микроскопов, а также для проведения
Известна система удаленного доступа к робототехническому комплексу [В.В.Илларионов, A.M.Зимин, А.Г.Лесков, С.М.Лескова, А.В.Шумов Система удаленного доступа к учебно-научному экспериментальному робототехническому комплексу // Научный сервис в сети Интернет: решение больших задач: Труды Всероссийской научной конференции. - М.: Изд-во МГУ, 2008. - 437-439 с.] в котором осуществляется удаленное управление роботом-манипулятором, а также проведение лабораторного практикума. Автоматизированная установка содержит комплекс, включающий в себя исполнительный механизм в виде робота манипулятора, программное обеспечение управляющее перемещением удаленно, аппаратное обеспечение в виде одной или нескольких ЭВМ а также мультимедиа оборудование для отображения процесса исследования.
Наиболее близким, принятым за прототип, является комплекс управления радиотелескопом МГТУ им. Баумана [А.А.Власов, Н.А.Жаркова, А.М.Зимин, Б.А.Розанов, Г.Н.Соловьев, Т.С.Лебедюк, Г.В.Рогожин, А.В.Шумов Управление радиотелескопом МГТУ им. Баумана через сеть интернет // Труды XII Всероссийской научно-методической конференции "Телематика 2005", 6-9 июня 2005 г., Из-во СПб, том 1, стр.65]». В состав комплекса входит Радиотелескоп РТ-7,5, аппаратно-программный комплекс, обеспечивающий сетевой доступ к Радиотелескопу через Интернет, а также создание на базе компьютера FS универсального рабочего места для проведения всех видов наблюдений, исследований параметров. Также организован лабораторный практикум с удаленным доступом по аппаратуре и методам сканирования астрофизических объектов.
Недостатком приведенных комплексов является другая узкоспециализированная область применения.
Задачей полезной модели является обеспечение доступа к удаленному микроскопу с возможностью управления им, а также обработка и оценка данных изображений, полученных с помощью микроскопа и исключение возможности влияния человеческого фактора на результаты.
Для решения указанной задачи и получения технического результата в соответствии с данной полезной моделью предлагается программно-аппаратный комплекс управления удаленным оптическим микроскопом содержащий объединенные через локальную вычислительную сеть автоматизированные рабочие места и серверы на базе персональных электронных вычислительных машин (ПЭВМ) отличается тем, что состоит из Web сервера и лабораторного комплекса, состоящего из инвертированного металлографического микроскопа LEICA DMIRM, которым при помощи приводов, управляемых микроконтроллером ATMEGA16, для автоматизированного локального и автоматизированного дистанционного управления микроскопом и четырех шаговых двигателей для управления устройством позиционирования микроскопа, осуществляет механические перемещения необходимых узлов микроскопа через СОМ_порт, а с помощью USB_порта происходит передача информации от микроскопа на автоматизированное рабочее место на базе персональной ЭВМ, туда же по ступает информация от датчиков микроскопа, после чего информация поступает от ЭВМ на CGI модуль приемник и CGI модуль источник, входящий в состав HTTP сервера, передается к серверу виртуальной лаборатории, а затем на хранение в базу данных, при этом происходит отображение на HTML странице, построенной по Flash технологии, удаленно через сеть интернет или непосредственно на самой ЭВМ.
В предлагаемом программно-аппаратном комплексе управления удаленным оптическим микроскопом доступ к микроскопу устанавливается через Интернет. Программно-аппаратный комплекс ориентирован на решение широкого спектра задач сбора, обработки, передачи и представления информации в условиях удаленного доступа к ее источникам. В отличие от других установок процесс управления микроскопом возможно наблюдать не только с позиции стороннего наблюдателя, но и непосредственно наблюдать изучаемую поверхность с помощью программного интерфейса.
На приведенном чертеже показана функциональная схема предлагаемого аппаратно-программного комплекса для управления удаленным оптическим микроскопом.
Программно-аппаратный комплекс управления включает: WEB сервер и лабораторный комплекс.
Лабораторный комплекс состоит из инвертированный металлографический микроскоп 1 LEICADMIRM с галогеновым осветителем падающего света 100 Вт, револьверной головкой на пяти объективов М32, отдельным видеовыходом 100/100%, который обеспечивает возможность применения любых методов оптической микроскопии, приводов, которые состоят из микроконтроллера 2 (ATMEGA16 семейства Tiny и Mega фирмы «ATMEL»), для автоматизированного локального и автоматизированного дистанционного управления микроскопом, а также непосредственно из четырех шаговых двигателей 3, осуществляющих механическое перемещение необходимых узлов микроскопа. СОМ_порт 4 это последовательный порт, используемый для передачи управляющих сигналов от ЭВМ 6 к контроллеру приводов 2 и получения информации от датчиков микроскопа 1. Для передачи информации непосредственно от микроскопа 1 (фото/видеоизображение) к ЭВМ 6 используется последовательный порт USB_порт 5. К ЭВМ 6 подключаются микроскоп и элементы управления им.
В состав WEB-сервера входят следующие компоненты: HTTP-сервер 7; сервер виртуальной лаборатории 8, база данных 9. HTTP-сервер 7 состоит из двух компонентов: HTML страница 10, созданная по FLASH технологии, модули CGI 11 и 12 (CommonGatewayInterface). HTML страница 10 позволяет визуально отобразить результаты работы с лабораторным комплексом в виде видеопотока, а также дает возможность удаленному пользователю управлять основными узлами лабораторного комплекса через сеть Интернет 13. Построенные по FLASH-технологии HTML страницы 10 позволяют работать с полученным изображением, а также применять различные методы исследования и улучшения изображений, таких как увеличение глубины резкости, измерение морфологических параметров и т.д. Модули CGI 11 и 12 представляет собой набор CGI-скриптов, предназначенных для обмена данными с http-сервером. В рассматриваемой системе используются два модуля:
- CGI-модуль-приемник 11, предназначенный для приема и обработки информации, поступающей с микроскопа (текущая позиция основных узлов, оптическое увеличение и непосредственно изображение);
- CGI-модуль-источник 12, генерирующий на основе введенных удаленным пользователем данных управляющие сигналы для основных узлов лабораторного комплекса посредством контроллеров через СОМ-порт.
Работает комплекс следующим образом:
Удаленный пользователь 10 авторизуется в системе Интернет. Для этого берутся его личные данные из базы данных, либо же, если это первое посещение, заносятся в базу данных. Затем управляя процессом перемещения основными узлами микроскопа 1 на HTML странице 10 пользователь производит фотографирование изучаемой поверхности. Процесс управления происходит посредством ЭВМ 6, соединенной непосредственно с микроскопом 1 и подключенной к сети Интернет. Информация о необходимых перемещениях обрабатывается и транслируется через CGIмодуль источник 12 на СОМпорт 4 на контроллер 2 и затем на шаговые двигатели 3, отвечающие за перемещение основных узлов микроскопа, а именно:
- Приближение или удаление револьверной головки на пяти объективов относительно поверхности образца.
- Позиционирование по координатам X, Y горизонтального подвижного стола микроскопа, на котором установлен исследуемый образец.
- Поворот пяти-позиционной револьверной головки для смены объективов и соответственно оптического увеличения.
Информация об исследуемой поверхности в виде видеопотока транслируется через USBпорт 5 в CGIмодуль приемник 11, а затем отображается на HTMLстранице 10. Также при необходимости осуществляется фотографирование поверхности, с последующим сохранением изображения в базе данных 8. Полученное изображение может быть подвергнуто обработке средствами, представленными на НТМLстранице 10, например трехмерной реконструкции. Для реализации таких сложных задач предназначен сервер виртуальной лаборатории 9.
Таким образом, комплекс позволяет:
- Организовывать удаленное управление лабораторным комплексом.
- Предоставлять удаленный доступ к средствам и методам компьютерной микроскопии (измерение морфологических параметров, применение фильтров) посредством сети Интернет.
- Строить объемные модели исследуемой поверхности по ее цифровым изображениям.
- Осуществлять программное увеличение глубины резкости объектива оптического микроскопа.
- Вести единую базу исследований компьютерной микроскопии.