技术领域
[0001] 本
发明涉及医学样品检测仪器技术领域，尤其涉及一种样品全表面三维显微成像系统及方法。
背景技术
[0002] 如今
三维扫描仪仅能够对样品的表面形态进行测量，而不能对样品表面的特性进行分析(如光学特性，
荧光强度)。相比较而言，目前的显微成像技术，能够分析样品的特性，但都仅限于对表面平整的样品(如
组织切片)进行成像分析。该发明将二者的优点结合，实现对表面不平整的样品进行全表面显微三维成像，在揭示样品表面特性的同时，保持了样品的完整性。
[0003] 作为该发明的主要应用场景，手术中
肿瘤切缘检测的目标是确保手术移除体内全部的肿瘤组织。如果手术
切除的组织表面有癌细胞，则说明在病人体内对应的
位置仍有癌细胞残留，需要进一步切除以避免癌细胞扩散。然而，目前的技术只能够部分实现该目标。现阶段的术中切缘检测的主要手段是
冰冻切片。由于不能对组织表面的全部区域进行切片，该技术只能对组织表面的一部分进行成像，故而表面筛查并不全面。即使是目前的术后检测手段，也都是基于对组织的切片进行成像，不能够全面的筛查切除组织的表面。
[0004] 另外，对手术移除的组织进行切片后，很难通过切片上发现的肿瘤细胞位置找到人体上相对应的位置。因此，基于切片的病理筛查很难准确地指示手术医生需要进一步切除癌变组织的位置。在目前公开的论文及
专利中，还没有任何技术能够对术中切除组织的全表面进行显微成像的技术。
发明内容
[0005] 针对
现有技术的不足，本发明提供一种样品全表面三维显微成像系统及方法。
[0006] 本发明所采取的技术方案是：
[0007] 一方面，本发明提供一种样品全表面三维显微成像系统，包括
硬件部分和
软件部分；所述硬件部分包括样品形态测量模
块、显微成像模块、三维机械扫描模块、样品
吸附模块；所述软件部分包括三维图像重建模块以及图像评估反馈模块；
[0008] 所述样品形态测量模块通过形态测量仪，实现对自转的样品进行扫描或绕样品旋转进行扫描，对待测样品表面的形态扫描并建立待测样品表面的三维模型，系统对该模型进行网格化并求出每个网格单元的中心坐标和法向向量，进而生成三维表面扫描命令，驱动三维机械扫描模块；
[0009] 所述显微成像模块，该模块切换为不同的显微成像装置，用于测量样品表面的光学特性；
[0010] 所述三维机械扫描模块，该模块包含平动系统、旋转系统以及法向直线模组，所述平动系统驱动样品和显微成像模块在
水平和垂直方向上移动；所述旋转系统驱动待测样品和显微成像模块在面内旋转；所述法向直线模组驱动显微成像模块沿样品表面网格单元的法向方向移动，该模块通过定点法向移动所述显微成像模块在三维空间内平动及转动，对样品全表面进行分区域、分高度的显微成像；
[0011] 所述样品吸附模块，包含样品存放盒1、样品存放盒2、空气吸管、气
泵、直线模组、
电机以及末端机械手；所述气泵通过空气吸管连接在两个样品存放盒上，用以吸附待测样品，所述直线模组垂直安装于系统的
底板上，并上下移动所述末端机械手，所述电机一端固定安装在直线模组上，电机另一端连接末端机械手，所述末端机械手用来夹持样品存放盒，通过移动和翻转存放盒，实现对样品的翻转，从而实现系统对样品上下表面的扫描与成像；所述样品存放盒1固定在水平安装的所述旋转平台上，所述样品存放盒2被机械手夹持；两个存放盒均连接空气吸管，实现对样品的吸附和固定，空气吸管另一端连接气泵；
[0012] 所述三维图像重建模块应用三维图像重建
算法将显微成像模块在样品表面网格单元内不同高度的图像中在聚焦平面的部分选取并拼接起来，从而重建出该网格单元的清晰三维表面图像；该算法投影每个网格单元的三维图像到二维网格单元面，该单元面和该网格单元的法线方向垂直，通过对网格单元间图像边界进行配准，该算法将每个网格单元的图像拼接起来，生成整个样品表面的三维图像；
[0013] 图像评估反馈模块将数字化的样品图像实时发送给用户，并利用
机器学习评估样品表面的高
风险或特异区域，通过更改显微成像模块的放大倍率，实现局部区域的更高清晰度的成像，实现对样品表面进行局部评估。
[0014] 前述样品全表面三维显微成像系统共有三种设计方案：
[0015] (1)所述样品形态测量模块包含一个形态测量仪、两个弧形
导轨、和一个电动
推杆，形态测量仪选用双摄像头和结构光高
精度测绘样品表面三维结构；该形态测量仪安装在两个弧形导轨间，所述弧形导轨固定于系统底板上，在形态测量仪的底部安装有一个连接
支架，连接在一电动推杆的末端，形态测量仪在电动推杆的作用下沿着弧形导轨运动并始终朝向待测样品，调整到最佳测量位置；
[0016] 系统将样品表面形态的三维模型网格化，划分的每一个网格单元略小于显微成像模块的视场范围，系统计算出每一个网格单元中心的三维坐标、近似垂直该区域的法线方向、以及该区域表面沿法线方向的最低点和最高点，求出上述参数后，系统生成机械扫描命令，驱动三维机械扫描模块移动显微成像模块
定位到每个网格单元处并沿其法线方向扫描，依次完成对各个网格单元内不同高度的表面特性的成像；
[0017] 三维机械扫描模块使用定点法向移动显微成像模块，使其沿待测样品局部表面的法线方向扫描，为此三维机械扫描模块建立了三个移动
自由度和三个旋转自由度，共由六个模组实现，三个移动自由度分别由一个法向直线模组、一个垂直安装的直线模组Z-1以及一个沿X轴安装的直线模组X实现；三个旋转自由度分别由一个水平安装的旋转平台绕Z轴旋转、旋转模组1绕Y轴旋转、和旋转模组2绕X轴旋转实现，旋转模组1和2的旋转平面相互垂直，每个模组均由步进电机或
伺服电机提供动
力，驱动命令根据网格化的样品表面三维模型生成；
[0018] 其中法向直线模组移动显微成像模块沿样品表面网格单元的法向方向微量移动，记录样品表面某个网格单元内不同高度的信息，其余五个模组用于定位显微成像模块到样品表面特定网格单元所对应的成像坐标和法线方向；
[0019] 显微成像模块安装在法向直线模组上；法向直线模组安装在旋转模组2上；旋转模组2安装在旋转模组1的悬臂上使其旋转面互相垂直；旋转模组1安装在沿Z轴安装的直线模组上并绕Y轴旋转；该直线模组固定在系统的底板上；
[0020] 绕Z轴旋转的旋转平台水平安装在直线模组X上，该旋转平台用于承载待测样品，并驱动样品自转，该旋转平台亦用于配合形态测量仪完成对待测样品表面形态测量，在完成表面形态测量后，直线模组X移动样品到显微成像区域，从而在不同的位置配合形态测量仪和显微成像模块完成工作；
[0021] 沿Z方向安装的直线模组移动显微成像模块升降，旋转模组1和2驱动显微成像模块在两个垂直的旋转平面内旋转，再加上水平放置的旋转平台和直线模组X，五个模组共同实现定位显微成像模块到样品表面网格单元并使其平行于该区域的法线方向；
[0022] 所述样品吸附模块用于固定待测样品，由于样品吸附模块的遮挡，形态测量模块和显微成像模块都只能对样品的上半表面进行测量与成像，因此，样品吸附模块在系统完成对样品上半表面的显微成像后，翻转样品，重复上述步骤对样品的下半表面进行表面形态测量和显微成像；样品吸附模块包含有一个电机驱动的直线模组Z-2和一个末端夹持机械手；机械手固定在垂直安装的直线模组上，并由一个电机驱动机械手完成180°翻转；
[0023] (2)采用龙
门式结构对样品形态测量模块进行搭建，采用两根
铝型材作为龙门式结构的
支撑腿，一根铝型材作为横梁，所述样品形态测量仪和显微成像模块均安装于龙门式结构上，对龙门式结构下方的样品进行形态扫描和显微成像；
[0024] 在所述三维机械扫描模块中，直线模组X安装在样品吸附模块的底部控制其沿X方向移动，在龙门式结构的横梁上固定直线模组Y-1与直线模组Y-2分别驱动样品形态测量仪和显微成像模块沿Y方向的移动，直线模组Y-1上安装有一个沿Z方向的垂直模组Z-1驱动样品形态测量仪沿Z方向移动；直线模组Y-2上安装有另一个沿Z方向的垂直模组Z-2驱动显微成像模块沿Z方向移动；
[0025] 在所述直线模组Z-1上安装有一个绕Y轴旋转的旋转模组1，在旋转模组1的旋臂上安装有旋转模组2，两个旋转模组的旋转平面相互垂直，实现样品形态测量仪以不同视
角绕待测样品旋转，测量样品表面形态，建立三维模型；在所述直线模组Z-2上安装有一个绕Y轴旋转的旋转模组3，在旋转模组3的旋臂上安装有另一个旋转模组4，两个旋转模组的旋转平面相互垂直，在所述旋转模组4上装有一个法向直线模组，控制安装在其滑块上的显微成像模块沿样品表面网格单元的法向方向做微量移动；
[0026] 三维机械扫描模块建立了四个移动自由度和二个旋转自由度用于移动显微成像模块，其中有三个直线模组分别沿X,Y,Z方向安装，另一个直线模组为法向直线模组，再加上两个旋转平面相互垂直的旋转模组，显微成像模块对待测样品表面的任意区域定点法向扫描；
[0027] (3)样品形态测量模块采用四根铝型材搭建出整体
框架的支撑腿，支撑腿上部装有横梁，在横梁上沿X方向安装有两个平行的直线模组，在两个直线模组的滑块上安装有一个两个沿Y方向的直线模组分别驱动样品形态测量仪和显微成像模块沿Y方向的移动，该设计的其余部分和设计方案二相同，区别在于设计方案二中沿X方向的直线模组安装在样品吸附模块下方移动样品；设计方案三中沿X方向的直线模组安装在整体框架的支撑腿上，移动除样品吸附模块外的所有模块。
[0028] 另一方面，一种样品全表面三维显微成像方法，通过前述一种样品全表面三维显微成像系统及方法实现，包括以下步骤：
[0029] 步骤1：将待测样品吸附在样品存放盒1中，使样品的初始位置正对形态测量仪，利用形态测量仪扫描待测样品；
[0030] 步骤2：由于形态测量仪位于待测样品的斜上方，且因样品存放盒1的遮挡，样品形态扫描范围限于样品的上半表面，系统将形态测量仪在每个测量位置获得的三维模型拟合在一起，建立待测样品上半表面完整的三维模型；
[0031] 步骤3：系统将上半表面三维模型网格化，并计算出每一个网格单元中心的三维坐标、近似垂直该单元内曲面的法线方向、以及该单元内曲面沿法线方向的最低点和最高点，根据计算所得参数，系统生成机械扫描命令驱动三维机械扫描模块；
[0032] 步骤4：在完成表面形态测量后，待测样品定位到显微成像模块的工作区域，接下来，显微成像模块和待测样品在三维机械扫描模块的驱动下，完成样品上半表面的显微成像；
[0033] 步骤5：三维机械扫描模块移动显微成像模块和待测样品，实现定点法向扫描；在三维机械扫描模块作用下，显微成像模块被定位到待测样品的任意经线上；接下来，显微成像模块被定位在某经线-10°—90°之间的任意纬度上，并使显微成像模块的主光轴平行于该网格单元的法线方向；在法向直线模组的作用下，显微成像模块沿该网格单元的法向方向微量移动，记录样品表面某个网格单元内不同高度的信息；
[0034] 步骤6：三维图像重建算法将该网格单元内在不同高度获得的图像中焦平面上的部分自动分割，并投影到与该网格单元的法线方向垂直的二维平面上，系统对分割投影后的图像进行比较、配准、拼接，从而重建出该网格单元表面的清晰图像；
[0035] 步骤7：系统对上半表面每一个网格单元进行定点法向扫描，并在扫描完每个网格单元后重复步骤6获得每个网格单元的二维图像，三维图像重建算法通过对每一个网格单元的图像边界的重合部分进行配准、拼接，完成对样品上半表面的三维显微成像；
[0036] 步骤8：样品吸附模块中的机械手夹持着样品存放盒2，初始位置远离吸附着样品的存放盒1，在系统完成对样品的上半表面显微成像后，样品存放盒2在直线模组的驱动下移动到样品附近并开启吸附功能，与此同时，样品存放盒1停止对样品的吸附；
[0037] 步骤9：样品存放盒2吸附着样品上升并完成180°翻转，从而将样品原来朝下的表面朝上，样品存放盒2承载着样品下降，并固定在样品存放盒1上，夹持机械手松开，并在直线模组的作用下远离样品，自此样品完成翻转，系统重复步骤2–7完成对待测样品另一半表面的形态测量与显微成像；
[0038] 步骤10：三维机械扫描模块移动显微成像模块在样品翻转前后均扫描其纬度-10°–90°的表面，从而使样品翻转前后的成像区域在纬度0°重合，系统通过对比和配准重合部分的显微图像，完成样品上下表面的显微图像拼接；
[0039] 步骤11：系统的显微成像模块根据需要切换不同的显微成像装置，测量样品表面不同的光学特性。
[0040] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
[0041] 本发明不仅可以在术中以很短的时间(3～10分钟)无遗漏地筛查切除的组织的完整表面，还方便医生在人体上找到相对应的癌变部位并进一步切除。另外，本发明完整的保留了手术切除的组织，不影响样品进行其他术中或术后的病理检测和诊断。最后，本发明实现了术中病理检测数字化，可以使病理医生远程筛查和评估并给予手术医生建议。综上，该发明提供了一种对术中切除的组织表面进行癌细胞筛查的设备及方法。
附图说明
[0042] 图1为本发明设计方案一总体机构轴向视图(一)；
[0043] 图2为本发明设计方案一总体机构轴向视图(二)；
[0044] 图3为本发明设计方案一中的样品形态测量模块；
[0045] 图4为本发明设计方案一中的三维机械扫描模块；
[0046] 图5为本发明设计方案一中的样品吸附模块；
[0047] 图6为本发明设计方案一中的显微成像模块；
[0048] 图7为本发明设计方案二总体机构轴向视图(一)；
[0049] 图8为本发明设计方案二总体机构轴向视图(二)；
[0050] 图9为本发明设计方案二中样品形态测量模块；
[0051] 图10为本发明设计方案二中显微成像模块和部分三维机械扫描模组；
[0052] 图11为本发明设计方案二中样品吸附模块；
[0053] 图12为本发明设计方案三的总体结构的轴向视图；
[0054] 其中，1-样品吸附模块，2-显微成像模块，3-形态测量模块，4-形态测量仪，5-旋转平台，6-待测样品，7-三维机械扫描模块，8-直线模组X，9-样品存放盒1，10-弧形导轨，11-电动推杆，12-直线模组Z-1，13-旋转模组1，14-法向直线模组，15-旋转模组2，16-直线模组Z-2，17-样品翻转电机，18-机械手，19-样品存放盒2，20-CMOS相机，21-透镜筒，22-发光
二极管，23-显微物镜，24-直线模组Y-1，25-控制样品存放盒2的两个直线模组，26-直线模组Y-2，27-旋转模组3，28-旋转模组4，29-直线模组Z，30-直线模组Y。
具体实施方式
[0055] 下面结合附图对本发明具体实施方式加以详细的说明。
[0056] 一方面，本发明提供一种样品全表面三维显微成像系统，包括硬件部分和软件部分；所述硬件部分包括样品3-形态测量模块、2-显微成像模块、7-三维机械扫描模块、1-样品吸附模块；所述软件部分包括三维图像重建模块以及图像评估反馈模块；
[0057] 所述样品3-形态测量模块通过4-形态测量仪，实现对自转的样品进行扫描或绕样品旋转进行扫描，对6-待测样品表面的形态扫描并建立6-待测样品表面的三维模型，系统对该模型进行网格化并求出每个网格单元的中心坐标和法向向量，进而生成三维表面扫描命令，驱动7-三维机械扫描模块；
[0058] 所述2-显微成像模块，该模块切换为不同的显微成像装置，用于测量样品表面的光学特性；
[0059] 所述7-三维机械扫描模块，该模块包含平动系统、旋转系统以及14-法向直线模组，所述平动系统驱动样品和2-显微成像模块在水平和垂直方向上移动；所述旋转系统驱动6-待测样品和2-显微成像模块在面内旋转；所述14-法向直线模组驱动2-显微成像模块沿样品表面网格单元的法向方向移动，该模块通过定点法向移动所述2-显微成像模块在三维空间内平动及转动，对样品全表面进行分区域、分高度的显微成像；
[0060] 所述1-样品吸附模块，包含9-样品存放盒1、19-样品存放盒2、空气吸管、气泵、直线模组、电机以及末端18-机械手；所述气泵通过空气吸管连接在两个样品存放盒上，用以吸附6-待测样品，所述直线模组垂直安装于系统的底板上，并上下移动所述末端18-机械手，所述电机一端固定安装在直线模组上，电机另一端连接末端18-机械手，所述末端18-机械手用来夹持样品存放盒，通过移动和翻转存放盒，实现对样品的翻转，从而实现系统对样品上下表面的扫描与成像；所述9-样品存放盒1固定在水平安装的所述5-旋转平台上，所述19-样品存放盒2被18-机械手夹持；两个存放盒均连接空气吸管，实现对样品的吸附和固定，空气吸管另一端连接气泵；
[0061] 所述三维图像重建模块应用三维图像重建算法将2-显微成像模块在样品表面网格单元内不同高度的图像中在聚焦平面的部分选取并拼接起来，从而重建出该网格单元的清晰三维表面图像；该算法投影每个网格单元的三维图像到二维网格单元面，该单元面和该网格单元的法线方向垂直，通过对网格单元间图像边界进行配准，该算法将每个网格单元的图像拼接起来，生成整个样品表面的三维图像；
[0062] 图像评估反馈模块将数字化的样品图像实时发送给用户，并利用机器学习评估样品表面的高风险或特异区域，通过更改2-显微成像模块的放大倍率，实现局部区域的更高清晰度的成像，实现对样品表面进行局部评估。
[0063] 前述样品全表面三维显微成像系统共有三种设计方案：
[0064] (1)如图1和图2所示，分别展示出本发明设计方案一的四个硬件模块的总体布局，在图1中展现出3-形态测量模块、2-显微成像模块、以及1-样品吸附模块；在图2展现出7-三维机械扫描模块，2-显微成像模块和6-待测样品均被固定在7-三维机械扫描模块上；6-待测样品被吸附在9-样品存放盒1中，而9-样品存放盒1被固定在一5-旋转平台上。该5-旋转平台的初始位置正对3-形态测量模块，并在水平面内360°旋转的6-待测样品。4-形态测量仪位于6-待测样品的斜上方扫描旋转的样品，建立6-待测样品上半表面的三维模型。由于4-形态测量仪位于6-待测样品的斜上方，且因9-样品存放盒1的遮挡，样品形态扫描范围限于样品的上半表面。
[0065] 如图3所示，对于尺寸较大或表面过于不规则的样品，4-形态测量仪可在11-电动推杆在作用下沿10-弧形导轨调整到多个测量位置。系统将每个测量位置获得的三维模型拟合在一起，建立6-待测样品上半表面完整的三维模型。
[0066] 进一步地，系统将上半表面三维模型网格化，并计算出每一个网格单元中心的三维坐标、近似垂直该单元内曲面的法线方向、以及该单元内曲面沿法线方向的最低点和最高点。求出这些参数后，系统生成机械扫描命令驱动7-三维机械扫描模块；在完成表面形态测量后，8-直线模组X移动样品到2-显微成像模块下方适宜的位置。接下来，2-显微成像模块和6-待测样品在7-三维机械扫描模块的作用下，完成样品上半表面的显微成像。
[0067] 如图4所示，7-三维机械扫描模块移动2-显微成像模块和6-待测样品，实现定点法向扫描。在8-直线模组X和5-旋转平台的共同作用下，2-显微成像模块可被定位到6-待测样品的任意经线上；在12-直线模组Z-1、13-旋转模组1和2的共同作用下，2-显微成像模块可被定位在某经线–10°–90°之间的任意纬度上，并使2-显微成像模块的主光轴平行于该网格单元的法线方向；在14-法向直线模组的作用下，2-显微成像模块沿该网格单元的法向方向微量移动，记录样品表面某个网格单元内不同高度的信息。
[0068] 三维图像重建算法将该网格单元内在不同高度获得的图像中清晰的部分(焦平面上的部分)自动分割，并投影到一个二维平面上。该二维平面和该网格单元的法线方向垂直。接下来，系统对分割投影后的图像进行比较、配准、拼接，从而重建出该网格单元表面的清晰图像。系统对上半表面每一个网格单元的定点法向扫描，并在扫描完每个网格单元后重复步骤6。接下来，三维图像重建算法通过对每一个网格单元的二维图像边界的重合部分进行配准、拼接，完成对样品上半表面的三维显微成像。
[0069] 如图5所示，1-样品吸附模块中的18-机械手夹持着19-样品存放盒2，起初位于16-直线模组Z-2的顶端。在系统完成对样品的上半表面显微成像后，样品在8-直线模组X的作用下移动回到3-形态测量模块的扫描区域。19-样品存放盒2由16-直线模组Z-2驱动下降到样品顶部。接下来19-样品存放盒2开启吸附功能，9-样品存放盒1则关闭对样品的吸附，19-样品存放盒2吸附着样品上升并完成180°翻转，从而将样品原来的下半表面朝上。然后19-样品存放盒2承载着样品下降，并固定在9-样品存放盒1上。夹持18-机械手松开，并在16-直线模组Z-2的作用下上升远离样品。自此样品完成翻转，系统重复上述步骤完成对6-待测样品另一半表面的形态测量与显微成像。
[0070] 为了将样品的上下表面的三维显微图像拼接起来，7-三维机械扫描模块移动2-显微成像模块在样品翻转前后均扫描其纬度–10°–90°的表面，从而使样品翻转前后的成像区域在纬度0°附近重合。系统通过对比和配准重合部分的显微图像，完成样品上下表面的图像拼接。
[0071] 系统的2-显微成像模块可以根据需要切换不同的显微成像装置，用于测量样品表面特性，。以荧光
显微镜为例，如图6所示，2-显微成像模块由20-CMOS相机、21-透镜筒、23-显微物镜、以及22-
发光二极管组成。在对待测的样品表面进行
染色后，由22-发光二极管照射样品表面并激发荧光，20-CMOS相机则用来记录样品表面的荧光信息。
[0072] (2)如图7和图8所示分别展示设计方案二中龙门式结构的不同轴向视图，与设计方案一在具体实施方式上的主要区别在于样品形态测量的过程，在设计方案二中，6-待测样品保持不动，而4-形态测量仪绕样品转动，从而建立其上半表面的三维模型。
[0073] 如图7和图9所示，在直线模组X、Y-1、Z-1和旋转模组1、2的共同作用下，样品4-形态测量仪以不同视角绕6-待测样品旋转，测量其表面形态，从而建立三维模型。
[0074] 如图8和图10所示，在直线模组X、Y-2、Z-2和27-旋转模组3、4的作用下，2-显微成像模块可被定位在样品表面任意的网格单元上，并使其主光轴平行于该网格单元的法线方向。进一步地，14-法向直线模组使2-显微成像模块沿法线扫描该网格单元的表面。
[0075] 如图11所示，1-样品吸附模块安装在8-直线模组X上，19-样品存放盒2可沿X和Z方向移动，可使其远离样品。与方案一类似，在19-样品存放盒2吸附样品后，翻转电机可使样品的下表面朝上。
[0076] (3)如图12所示展示本发明设计方案三。该设计方案和方案二相似，区别在于原1-样品吸附模块下的8-直线模组X更改为两个平行的8-直线模组X，并安装在系统上方，共同驱动4-形态测量仪和2-显微成像模块，而6-待测样品不再沿X方向运动。因此，方案三的具体实施方式和方案二相似。
[0077] 另一方面，一种样品全表面三维显微成像方法，通过前述一种样品全表面三维显微成像系统及方法实现，包括以下步骤：
[0078] 步骤1：将6-待测样品吸附在9-样品存放盒1中，使样品的初始位置正对4-形态测量仪，利用4-形态测量仪扫描6-待测样品；
[0079] 步骤2：由于4-形态测量仪位于6-待测样品的斜上方，且因9-样品存放盒1的遮挡，样品形态扫描范围限于样品的上半表面，系统将4-形态测量仪在每个测量位置获得的三维模型拟合在一起，建立6-待测样品上半表面完整的三维模型；
[0080] 步骤3：系统将上半表面三维模型网格化，并计算出每一个网格单元中心的三维坐标、近似垂直该单元内曲面的法线方向、以及该单元内曲面沿法线方向的最低点和最高点，根据计算所得参数，系统生成机械扫描命令驱动7-三维机械扫描模块；
[0081] 步骤4：在完成表面形态测量后，6-待测样品定位到2-显微成像模块的工作区域，接下来，2-显微成像模块和6-待测样品在7-三维机械扫描模块的驱动下，完成样品上半表面的显微成像；
[0082] 步骤5：7-三维机械扫描模块移动2-显微成像模块和6-待测样品，实现定点法向扫描；在7-三维机械扫描模块作用下，2-显微成像模块被定位到6-待测样品的任意经线上；接下来，2-显微成像模块被定位在某经线-10°—90°之间的任意纬度上，并使2-显微成像模块的主光轴平行于该网格单元的法线方向；在14-法向直线模组的作用下，2-显微成像模块沿该网格单元的法向方向微量移动，记录样品表面某个网格单元内不同高度的信息；
[0083] 步骤6：三维图像重建算法将该网格单元内在不同高度获得的图像中焦平面上的部分自动分割，并投影到与该网格单元的法线方向垂直的二维平面上，系统对分割投影后的图像进行比较、配准、拼接，从而重建出该网格单元表面的清晰图像；
[0084] 步骤7：系统对上半表面每一个网格单元进行定点法向扫描，并在扫描完每个网格单元后重复步骤6获得每个网格单元的二维图像，三维图像重建算法通过对每一个网格单元的图像边界的重合部分进行配准、拼接，完成对样品上半表面的三维显微成像；
[0085] 步骤8：1-样品吸附模块中的18-机械手夹持着19-样品存放盒2，初始位置远离吸附着样品的存放盒1，在系统完成对样品的上半表面显微成像后，19-样品存放盒2在直线模组的驱动下移动到样品附近并开启吸附功能，与此同时，9-样品存放盒1停止对样品的吸附；
[0086] 步骤9：19-样品存放盒2吸附着样品上升并完成180°翻转，从而将样品原来朝下的表面朝上，19-样品存放盒2承载着样品下降，并固定在9-样品存放盒1上，夹持18-机械手松开，并在直线模组的作用下远离样品，自此样品完成翻转，系统重复步骤2–7完成对6-待测样品另一半表面的形态测量与显微成像；
[0087] 步骤10：7-三维机械扫描模块移动2-显微成像模块在样品翻转前后均扫描其纬度–10°–90°的表面，从而使样品翻转前后的成像区域在纬度0°重合，系统通过对比和配准重合部分的显微图像，完成样品上下表面的显微图像拼接；
[0088] 步骤11：系统的2-显微成像模块根据需要切换不同的显微成像装置，测量样品表面不同的光学特性。
[0089] 最后应说明的是：以上各
实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明
权利要求所限定的范围。
