基于图像处理的显微视觉自动调焦方法的设计与实现

发布时间：2017-10-21 23:20

  本文关键词：基于图像处理的显微视觉自动调焦方法的设计与实现

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【摘要】：传统的显微视觉分析,一般是通过人眼或特定的分析软件观察,利用手动调焦获得显微视觉下物体的图像。随着显微镜的放大倍数越来越大,导致景深越来越小。因此,通过手动调焦无法保证Z在高度变化时显微视场中的目标快速达到最佳调焦位置。在大部分情况下,像微型零件的装配、显微细胞操作、集成电路组装等操作过程要求自动完成。因此,有必要研究基于图像处理的显微视觉自动调焦方法来保证操作过程的实时性和准确性。本文主要开展单细胞分析仪中显微视觉下的自动调焦方法和系统设计研究,完成的主要工作如下：(1)结合显微视觉自动调焦的特点和基于FPGA控制系统的自身要求,研究了以FPGA控制器为核心的单细胞显微视觉自动调焦方法,并开发了相应系统控制平台。(2)基于图像处理快速调焦算法的基础上,对基于图像处理显微视觉下的快速调焦算法进行了深入研究。针对目前算法的不足,采用光学成像系统离焦模型,推导了以模糊差异为参考量目标物离焦量的函数表达式,由离焦量的表达式调解Z轴上的电机,实现快速调焦。实验结果表明,仅需要两幅不同程度离焦的图像,就能够以较高精度估计出目标物的实际离焦量,从而实现快速有效的调焦。(3)改进了自适应变步长调焦点搜索算法,发展了基于图像处理的自适应变步长调焦点搜索算法。当远离最佳调焦位置时,任意清晰度评价函数上两点组成的直线与水平直线构成的夹角较小,增加调焦步长,实现粗调焦；当处于最佳调焦位置附近时,减小调焦步长,实现细调焦。实验结果表明：该算法在保持调焦精度的前提下,可以对基于灰度时域的清晰度评价函数实现快速调焦。(4)为了能很方便的对显微视觉下自动快速调焦结果进行观察和对底层硬件进行控制。研究了PC平台下显微视觉软件的开发、底层硬件设备驱动程序和快速调焦算法的设计和编写。完成基于VS2010平台下的显微视觉软件开发,该软件可以实现对显微视觉下的图像进行处理和对底层硬件进行控制。
【关键词】：显微视觉 快速调焦 自适应变步长 清晰度评价函数
【学位授予单位】：广西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第1章 绪论7-12
• 1.1 课题背景及课题来源7-9
• 1.2 国内外研究现状9-10
• 1.3 论文的主要工作及组织结构10-12
• 第2章 基于图像处理的显微视觉硬件系统设计12-19
• 2.1 系统硬件总体设计13-15
• 2.2 电机与驱动器的选择15-16
• 2.3 图像采集模块16-18
• 2.4 本章小结18-19
• 第3章 基于显微图像处理的快速调焦算法19-38
• 3.1 基于显微视觉图像处理快速调焦算法19-26
• 3.1.1 光学系统离焦模糊分析19-21
• 3.1.2 算法的原理21-23
• 3.1.3 实验结果23-26
• 3.2 基于显微视觉图像处理自适应变步长调焦搜索算法26-37
• 3.2.1 灰度时域清晰度评价函数27-29
• 3.2.2 基于显微视觉图像处理的固定步长搜索算法29-32
• 3.2.3 变步长自适应调焦点搜索算法32-35
• 3.2.4 自动调焦实验与分析35-37
• 3.3 本章小结37-38
• 第4章 显微视觉图像软件系统38-45
• 4.1 显微视觉微操作软件设计38-39
• 4.2 显微视觉微操作软件界面39-40
• 4.3 显微视觉微操作软件与底层硬件通信方式40-41
• 4.4 系统软件工作流程41-44
• 4.5 本章小结44-45
• 第5章 系统总体测试与分析45-51
• 5.1 FPGA内部逻辑资源使用分析45
• 5.2 系统调焦实验45-48
• 5.2.1 快速调焦实验与分析46
• 5.2.2 自适应变步长调焦实验与分析46-47
• 5.2.3 手动调焦实验与分析47-48
• 5.3 系统调焦时间分析48-50
• 5.4 本章小结50-51
• 第6章 总结与展望51-53
• 参考文献53-56
• 攻读学位期间参与的课题研究及取得的研究成果56-57
• 致谢57-59
• 附录1 显微视觉系统实物图59

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本文编号：1075701