高速低畸变共焦扫描成像技术研究

发布时间：2023-12-24 14:59

　　共焦显微镜由于其高横向分辨率、轴向层析等优点,使得其在工业检测、医学检查和生物成像等众多研究领域得到了广泛的应用。然而由于传统的共焦显微镜使用检流式振镜偏转光束进行点扫描成像,使得其扫描速度较慢,无法满足各应用领域对于高速、高效、动态检测越来越高的需求,极大的限制了其应用场景。本课题针对上述问题,利用谐振镜极高扫描频率的特点进行双向扫描,并采用检流式振镜实现换行,通过完成高速扫描下数据采集与控制程序及双向扫描电路,实现了高速共焦扫描成像,并使用基于模拟退火的图像标定参数优化算法与基于Brief描述子的图像错位定位算法,完成对图像失真的校正。完成的主要内容如下:(1)依据共焦显微成像原理与线性成像模型,构建被测样品到二维图像的映射模型,并对高速共焦扫描成像系统的图像失真组成及产生原因展开分析。(2)针对双向高速扫描下数据采集与控制的同步问题,根据相关硬件特性设计控制逻辑与时序并基于FPGA完成了双向扫描电路;基于Lab VIEW软件平台完成了共焦横向扫描成像上位机程序,实现了双向扫描时的数据采集与控制以及对双向扫描图像的后期处理。(3)基于Harris算子完成对标定点坐标的亚像素级提取,...

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 高速共焦扫描技术介绍
        1.2.1 Nipkow转盘法
        1.2.2 微透镜阵列共焦成像
        1.2.3 线扫描共焦成像
        1.2.4 谐振镜扫描成像
    1.3 畸变校正方法研究现状
        1.3.1 光学系统标定方法
        1.3.2 谐振镜扫描畸变校正
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 高速共焦扫描成像系统分析
    2.1 引言
    2.2 点扫描共焦显微成像原理
    2.3 共焦扫描成像系统图像失真组成分析
        2.3.1 线性成像模型
        2.3.2 镜头畸变
        2.3.3 谐振镜扫描畸变
        2.3.4 图像错位
    2.4 本章小结
第3章 双向高速共焦扫描成像系统设计
    3.1 引言
    3.2 共焦扫描系统硬件
        3.2.1 二维扫描装置
        3.2.2 扫描控制与数据采集装置
    3.3 双向扫描电路设计
        3.3.1 双向扫描电路时序设计
        3.3.2 基于FPGA的双向扫描电路设计
        3.3.3 双向扫描电路仿真
    3.4 高速共焦横向扫描程序设计
        3.4.1 装置预热程序
        3.4.2 数据采集与控制程序
        3.4.3 图像后期处理程序
    3.5 本章小结
第4章 共焦扫描成像系统图像失真校正
    4.0 引言
    4.1 基于单幅图像的畸变校正算法研究
        4.1.1 Harris算子特征提取
        4.1.2 基于角点响应函数拟合的亚像素特征点定位
        4.1.3 内外参数的初步求解
        4.1.4 畸变参数的初步求解
        4.1.5 基于模拟退火算法的整体参数优化
    4.2 基于特征匹配的错位校正算法研究
        4.2.1 Brief描述子
        4.2.2 基于汉明距离与RANSAC算法的特征匹配
        4.2.3 图像错位量计算
    4.3 本章小结
第5章 高速共焦扫描实验结果与分析
    5.1 引言
    5.2 双向扫描电路测试
        5.2.1 FPGA实际输出波形测试
        5.2.2 双向扫描功能验证
    5.3 共焦实验装置搭建
        5.3.1 反射式共焦实验装置光路
        5.3.2 反射式共焦实验装置固定座
        5.3.3 反射式共焦实验装置调试
    5.4 畸变校正算法验证实验
    5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3874744