基于ARM的显微成像对光学薄膜的缺损检测系统

发布时间：2017-10-15 03:25

  本文关键词：基于ARM的显微成像对光学薄膜的缺损检测系统

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【摘要】：光学薄膜及其产品在各个领域里已得到了越来越广泛的应用,光学薄膜的表面粗糙度对光学薄膜光学特性如折射率、表面散射等有十分重要的影响。其在加工生产的过程中,表面细微的划痕、污迹、毛刺等都将影响整个产品的性能,因此在加工中对零件表面进行实时的缺损检测具有重要意义。传统的人工目视检验方法具有劳动强度大、精度低、效率低、可靠性差等缺点,已经无法适应现代化生产向微型化智能化发展的需要。针对光学薄膜表面缺陷的在线检测,本文设计了利用数字显微成像技术对光学薄膜的在线检测系统。该检测系统具有微型化、智能化、实时的特点,对于保证光学薄膜产品质量、提高产品生产效率具有重要意义。设计中采用索尼的CMOS图像传感器IMX135作为数字显微镜图像采集核心芯片,通过CSI-2接口将图像传输至ARM处理器,并在ARM处理器上对显微图像进行图像增强、图像识别等处理,并实现显微图像的处理与存储,并通过HDMI接口将显微图像传输到液晶显示屏上进行显示,既实现了微控制器的处理功能,又实现了系统的集成化,同时通过网口可将显微图像传输至互联网,实现对检测效果的远程实时控制的功能。本论文主要完成以下工作:(1)完成了嵌入式显微成像系统的总体设计,包括光学镜头模块、CMOS图像采集模块、图像传输显示模块、上位机图像处理模块。(2)研究设计了显微成像模块的光学衔接系统,完成了光学系统的视场匹配,根据系统分辨率的要求,利用ZEMAX软件,对系统中的显微镜物镜和转接镜进行了设计和仿真。研究了显微镜照明的分类及特点,针对本系统设计了反射式照明方案。(3)设计了显微成像的采集核心板,采用索尼的IMX135作为图像传感器设计了显微图像采集板卡,设计了外围驱动电路和电源匹配设计,输出接口采用MIPI CSI-2的数据接口,实现了高速差分的图像输出。(4)分析研究了显微图像采集的硬件设计方案,采用树莓派作为ARM处理器平台,设计了Linux系统下的相机驱动程序和图像采集软件,将采集的图像通过CSI接口传输到树莓派处理器上,采用图像增强和滤波处理算法对图像进行处理。(5)对基于ARM的嵌入式显微成像系统进行实验验证,通过不同光源强度进行照明,并对实验室的光学薄膜表面缺损情况进行了成像检验,均满足系统的总体设计要求。
【关键词】：数字显微镜 CMOS图像传感器 显微成像 MIPI 薄膜缺损检测
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41;O484.41
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 缩略语对照表11-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 选题背景及意义15-16
• 1.2 国内外研究现状16-18
• 1.2.1 显微成像国内外发展现状16-17
• 1.2.2 光学薄膜检测的发展现状17-18
• 1.3 本论文主要任务及安排18-21
• 1.3.1 本论文主要任务18-19
• 1.3.2 具体任务安排19-21
• 第二章 嵌入式显微成像系统的光学设计21-37
• 2.1 显微成像系统光学原理21-23
• 2.1.1 显微成像系统概述21
• 2.1.2 显微成像原理21-22
• 2.1.3 显微镜分辨率和视觉放大率22-23
• 2.2 系统视场匹配设计23-26
• 2.2.1 视场匹配方案研究23-24
• 2.2.2 视场匹配的公式推导及参数确定24-26
• 2.3 显微镜头设计及仿真26-34
• 2.3.1 显微物镜及转接境的选择26-29
• 2.3.2 显微镜头设计仿真29-34
• 2.4 系统照明设计34-36
• 2.4.1 照明特点及分类34-35
• 2.4.2 光源照明系统设计35-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第三章 CMOS相机系统设计37-47
• 3.1 图像传感器芯片的选型37-41
• 3.1.1 CMOS与CCD传感器的异同37-39
• 3.1.2 MIPI CSI-2 接口特点及优势39-41
• 3.2 CMOS摄像头驱动板设计41-46
• 3.2.1 IMX135外围驱动电路设计41-44
• 3.2.2 CMOS电路PCB设计注意44-46
• 3.3 本章小结46-47
• 第四章 显微图像处理平台系统设计47-63
• 4.1 树莓派处理器平台介绍47-50
• 4.1.1 树莓派平台简介47-49
• 4.1.2 显微图像处理系统49-50
• 4.2 树莓派摄像头驱动程序设计50-54
• 4.2.1 Linux系统设备驱动简介50
• 4.2.2 V4L2驱动框架协议50-52
• 4.2.3 V4L2的视频设备驱动开发总结52-54
• 4.3 显微图像预处理54-55
• 4.3.1 图像预处理的算法研究的分析54-55
• 4.4 显微图像处理算法设计55-58
• 4.4.1 基于图像块的融合算法55-56
• 4.4.2 显微图像阈值分割算法实现56-58
• 4.5 显微图像上位机软件设计58-61
• 4.5.1 树莓派操作系统设置58-59
• 4.5.2 上位机软件设计59-61
• 4.6 本章小节61-63
• 第五章 显微成像系统对薄膜的检测实验63-67
• 5.1 薄膜表面缺陷测试方法63
• 5.2 对光学薄膜的测试实验及结果分析63-66
• 5.2.1 实验装置安装63-64
• 5.2.2 薄膜表面缺陷检测结果分析64-66
• 5.3 本章小节66-67
• 第六章 总结与展望67-69
• 6.1 论文工作总结67
• 6.2 未来展望67-69
• 参考文献69-71
• 致谢71-73
• 作者简介73-74

【参考文献】

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1 杜丽坚;冷静;;Motic数码显微互动实验室在病理学实验课教学中的应用[J];南京医科大学学报(社会科学版);2005年04期

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本文编号：1034827