图像式DNA芯片扫描仪的自动校准设计
发布时间：2021-02-07 01:20
图像式DNA芯片扫描仪是生物医药研究中快速崛起的一项检测技术,相比于激光共聚焦方式,它具有简单高效的优点,可广泛应用于基因构造探索、新药研发、疾病治疗等领域。国内关于图像式DNA芯片扫描仪的研究较为缓慢也较少,导致了国内的仪器不仅结构复杂而且造价较高。为此,本课题组设计并研制了基于CCD的DNA芯片扫描仪,利用大功率LED作为激发光源,通过设计配套的光路解决了仪器的杂散光问题。针对仪器容易失焦和手动调焦困难的问题,本文重点放在仪器的焦距自动校准设计上,实现了扫描仪的调焦结构,并对相关的图像清晰度评价函数和焦距搜索策略等算法展开研究。本文的主要工作为:（1）介绍DNA芯片的荧光产生原理和常见的两种扫描仪检测方式,分析了与焦距校准相关的概念、镜头成像模型、点扩散函数和光学传递函数。（2）设计了扫描仪的整体结构,选择了合适的大功率LED,并通过光照入口设计、消光暗室、光阑和消光器相结合的方案消除了光路中的99.95%杂散光。然后结合不同调焦方法的优缺点和扫描仪的实际情况,设计了本文的图像式焦距自动校准方案。所设计的方案在原有基础上,添加了步进电机及其驱动、传动轮和同步带实现了校准的硬件结构。...
【文章来源】：福州大学福建省 211工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２显微镜调焦结构图
??的专利“旋转调焦扫描仪”（公开号：ＣＮ２０３９３３７７６Ｕ）中的调焦结构如图１－３所示，该设??计将相机放置于图中圆盘中心孔的上方，通过旋转圆盘使得圆盘在支架上下移动，从而调??节相机的焦距达到调焦的目的。??图１－２显微镜调焦结构图?图１－３旋转调焦扫描仪结构图??１．４图像式焦距自动校准的研究现状??１．４．１国外研究现状??焦距校准技术最早应用于相机的成像系统，美国的宝丽莱公司、日本的佳能、尼康和??索尼公司等通过研发，在相机的调焦技术领域取得了世界领先地位。在最近的几十年，伴??随着图像传感器和图像处理技术的快速崛起，图像式自动调焦技术得到了越来越多的应用。??１９８７年，Ｒｅｎ等针对漫反射物体的成像，提出了两种自动调焦算法［２１］。１９９３年，新??加坡国立大学的ＴＴＥＹｅｏ等人对于显微镜调焦的研究中，对比了常见的图像清晰度评价函??数，提了出粗细两阶段调焦策略，通过实验证明了将方差函数运用粗调焦，Ｔｅｎｅｎｇｒａｄ函数??运用于细调焦
产生的原理??质在受到特定波长和一定强度的光照下会产生发光现象，这就是荧就是荧光。这些物质能够在受到光照诱导后发出比激发光线波长更常用的是ＣＹ３和ＣＹ５荧光染料，一般以ＣＹ３标记对照组样品，Ｃ］。ＣＹ３和ＣＹ５荧光染料的基本参数如表２－１所示［３５］。??表２－１?ＣＹ３／ＣＹ５的基本参数光染￣吸收峰值发射峰值（ｎｍ）焚光寿命Ｔ?消光系数ｓ?量子料?（ｎｍ）?（ｎｓ）?（Ｍ－ｌｃｍ－１）?率??ｙ３?５５０?５７０?＜０．３?１５０，０００?０．１５ｙ５?６４９?６７０?Ｌ０?２５０，０００?０．２８ＣＹ５荧光染料的激发与发射光谱如图２－１所示，两者的激发峰值ｍ左右，发射峰值波长在５７０ｎｍ／６７０ｎｍ左右［３扎??］〇〇?Ａ－Ｃｙ３Ｅ－Ｃｙ３?Ａ－Ｃｙ５Ｅ－Ｃｙ５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]计算机技术的发展与应用[J]. 孙浩. 电子技术与软件工程. 2017(08)
[2]基于STM32的全方位移动平台设计和控制[J]. 林智骅,平雪良,金登峰,易旭,王忠诚,王晨. 电子测量技术. 2016(01)
[3]基于Delphi的LED实时光谱测试系统[J]. 薛睿超,吕毅军,高玉琳,肖菁菁,林思棋. 电子测量与仪器学报. 2014(05)
[4]简单图像的快速聚焦[J]. 陈芳,张存继,韩延祥,史金飞. 光学精密工程. 2014(01)
[5]基于无参考结构清晰度的自适应自动对焦方法[J]. 谢小甫,周进,吴钦章. 光电工程. 2011(02)
[6]让生物芯片见证中国“加速度”[J]. 段风华. 神州学人. 2010(04)
[7]采用最大灰度梯度法实现经纬仪自动调焦控制[J]. 梁敏华,吴志勇,陈涛. 光学精密工程. 2009(12)
[8]降低出生缺陷 三级防治体系是关键[J]. 刘静. 中国优生与遗传杂志. 2008(07)
[9]表达基因分析方法[J]. 许杨,阮琼芳,李燕萍. 食品与生物技术学报. 2008(01)
[10]生物芯片扫描仪CCD背景噪声研究[J]. 周强,范建新,于凤新,于守谦. 光学技术. 2007(03)
博士论文
[1]基于图像处理的自动调焦技术研究[D]. 王健.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2013
[2]数字图像自动聚焦技术研究及系统实现[D]. 陈国金.西安电子科技大学 2007
[3]数字自动对焦技术的理论及实现方法研究[D]. 李奇.浙江大学 2004
[4]双激光共聚焦生物芯片荧光分析仪的研究与开发[D]. 王立强.浙江大学 2004
硕士论文
[1]线扫描型共聚焦生物芯片荧光检测关键技术研究[D]. 米雪.北京理工大学 2016
[2]阵列LED均匀配光及渐变折射率透镜研究[D]. 吴梦荧.浙江工业大学 2015
[3]基于图像处理的自动调焦算法研究及系统实现[D]. 陶金有.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2014
[4]基于图像处理的自动调焦技术研究[D]. 莫春红.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2013
[5]基于DSP的自动对焦算法研究[D]. 彭方.西安电子科技大学 2011
[6]基于图像的自动调焦方法研究及系统实现[D]. 徐博泓.国防科学技术大学 2010
[7]基于图像处理的自动对焦理论和技术研究[D]. 蒋婷.武汉理工大学 2008
[8]基于数字图像处理的自动调焦算法研究[D]. 蒋凤林.哈尔滨理工大学 2008
[9]用于生物芯片探测的制冷型ICCD系统[D]. 王红球.清华大学 2007
[10]CCD生物芯片检测仪研制[D]. 唐小萍.电子科技大学 2003
本文编号：3021404
【文章来源】：福州大学福建省 211工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２显微镜调焦结构图
??的专利“旋转调焦扫描仪”（公开号：ＣＮ２０３９３３７７６Ｕ）中的调焦结构如图１－３所示，该设??计将相机放置于图中圆盘中心孔的上方，通过旋转圆盘使得圆盘在支架上下移动，从而调??节相机的焦距达到调焦的目的。??图１－２显微镜调焦结构图?图１－３旋转调焦扫描仪结构图??１．４图像式焦距自动校准的研究现状??１．４．１国外研究现状??焦距校准技术最早应用于相机的成像系统，美国的宝丽莱公司、日本的佳能、尼康和??索尼公司等通过研发，在相机的调焦技术领域取得了世界领先地位。在最近的几十年，伴??随着图像传感器和图像处理技术的快速崛起，图像式自动调焦技术得到了越来越多的应用。??１９８７年，Ｒｅｎ等针对漫反射物体的成像，提出了两种自动调焦算法［２１］。１９９３年，新??加坡国立大学的ＴＴＥＹｅｏ等人对于显微镜调焦的研究中，对比了常见的图像清晰度评价函??数，提了出粗细两阶段调焦策略，通过实验证明了将方差函数运用粗调焦，Ｔｅｎｅｎｇｒａｄ函数??运用于细调焦
产生的原理??质在受到特定波长和一定强度的光照下会产生发光现象，这就是荧就是荧光。这些物质能够在受到光照诱导后发出比激发光线波长更常用的是ＣＹ３和ＣＹ５荧光染料，一般以ＣＹ３标记对照组样品，Ｃ］。ＣＹ３和ＣＹ５荧光染料的基本参数如表２－１所示［３５］。??表２－１?ＣＹ３／ＣＹ５的基本参数光染￣吸收峰值发射峰值（ｎｍ）焚光寿命Ｔ?消光系数ｓ?量子料?（ｎｍ）?（ｎｓ）?（Ｍ－ｌｃｍ－１）?率??ｙ３?５５０?５７０?＜０．３?１５０，０００?０．１５ｙ５?６４９?６７０?Ｌ０?２５０，０００?０．２８ＣＹ５荧光染料的激发与发射光谱如图２－１所示，两者的激发峰值ｍ左右，发射峰值波长在５７０ｎｍ／６７０ｎｍ左右［３扎??］〇〇?Ａ－Ｃｙ３Ｅ－Ｃｙ３?Ａ－Ｃｙ５Ｅ－Ｃｙ５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]计算机技术的发展与应用[J]. 孙浩. 电子技术与软件工程. 2017(08)
[2]基于STM32的全方位移动平台设计和控制[J]. 林智骅,平雪良,金登峰,易旭,王忠诚,王晨. 电子测量技术. 2016(01)
[3]基于Delphi的LED实时光谱测试系统[J]. 薛睿超,吕毅军,高玉琳,肖菁菁,林思棋. 电子测量与仪器学报. 2014(05)
[4]简单图像的快速聚焦[J]. 陈芳,张存继,韩延祥,史金飞. 光学精密工程. 2014(01)
[5]基于无参考结构清晰度的自适应自动对焦方法[J]. 谢小甫,周进,吴钦章. 光电工程. 2011(02)
[6]让生物芯片见证中国“加速度”[J]. 段风华. 神州学人. 2010(04)
[7]采用最大灰度梯度法实现经纬仪自动调焦控制[J]. 梁敏华,吴志勇,陈涛. 光学精密工程. 2009(12)
[8]降低出生缺陷 三级防治体系是关键[J]. 刘静. 中国优生与遗传杂志. 2008(07)
[9]表达基因分析方法[J]. 许杨,阮琼芳,李燕萍. 食品与生物技术学报. 2008(01)
[10]生物芯片扫描仪CCD背景噪声研究[J]. 周强,范建新,于凤新,于守谦. 光学技术. 2007(03)
博士论文
[1]基于图像处理的自动调焦技术研究[D]. 王健.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2013
[2]数字图像自动聚焦技术研究及系统实现[D]. 陈国金.西安电子科技大学 2007
[3]数字自动对焦技术的理论及实现方法研究[D]. 李奇.浙江大学 2004
[4]双激光共聚焦生物芯片荧光分析仪的研究与开发[D]. 王立强.浙江大学 2004
硕士论文
[1]线扫描型共聚焦生物芯片荧光检测关键技术研究[D]. 米雪.北京理工大学 2016
[2]阵列LED均匀配光及渐变折射率透镜研究[D]. 吴梦荧.浙江工业大学 2015
[3]基于图像处理的自动调焦算法研究及系统实现[D]. 陶金有.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2014
[4]基于图像处理的自动调焦技术研究[D]. 莫春红.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2013
[5]基于DSP的自动对焦算法研究[D]. 彭方.西安电子科技大学 2011
[6]基于图像的自动调焦方法研究及系统实现[D]. 徐博泓.国防科学技术大学 2010
[7]基于图像处理的自动对焦理论和技术研究[D]. 蒋婷.武汉理工大学 2008
[8]基于数字图像处理的自动调焦算法研究[D]. 蒋凤林.哈尔滨理工大学 2008
[9]用于生物芯片探测的制冷型ICCD系统[D]. 王红球.清华大学 2007
[10]CCD生物芯片检测仪研制[D]. 唐小萍.电子科技大学 2003
本文编号：3021404
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/sousuoyinqinglunwen/3021404.html
