基于极值搜索和模型预测控制的斑马鱼幼鱼三维形态学建模
发布时间：2021-04-19 13:24
斑马鱼是三大脊椎模式动物之一,与人类的基因相似度高达70%。由于其生长周期短、幼鱼通体透明且价格低廉,吸引了广大生命科学工作者的注意。斑马鱼幼鱼显微操作系统是辅助生命科学研究者进行斑马鱼幼鱼操作的自动化或半自动化设备,主要集中在“控制”和“观察”两个方面。其中,“控制”相关的显微操作系统能够帮助人们进行斑马鱼胚胎注射、胚胎分拣等操作;而与“观察”相关的显微操作系统往往是对斑马鱼幼鱼在特定的角度进行图像采集,或者集成一些图像分析的软件帮助科研人员更好地分析斑马鱼各个阶段的生长发育情况。本文对斑马鱼幼鱼成像系统进行分析,提出了一种高性价比、高效的图像采集系统,可以对斑马鱼幼鱼身体进行三维重构,进而帮助科研人员进行更好地研究。考虑到现有的斑马鱼幼鱼三维重构的实验设备过于昂贵或者结构较为复杂,本文的目的就是设计一种简单高效高性价比的斑马鱼幼鱼三维重构系统。论文的主要内容概括如下:本文首先从斑马鱼幼鱼全方位成像的角度出发,设计了一套四自由度的高精度可控机械臂,该机械臂除了常用的显微操作机械臂具有的三维平动自由度之外,还具有围绕滚转轴转动的自由度。利用这一特殊结构,本文进一步提出了一种简易的斑马鱼...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 斑马鱼幼鱼的研究的目的和意义
1.2 三维重构的研究方法
1.3 目前斑马鱼三维重构的研究现状
1.4 本文的主要研究内容
第2章 系统平台及生物实验准备
2.1 引言
2.2 系统软硬件平台介绍
2.3 显微镜被动聚焦技术
2.4 工作空间高度探测技术
2.5 斑马鱼幼鱼身体转动装置
2.6 生物实验准备
2.6.1 幼鱼品种
2.6.2 软琼脂基底
2.6.3 麻醉剂制剂
2.7 四自由度显微操作手
2.8 本章小结
第3章 基于极值搜索算法的侧影轮廓法三维重构
3.1 引言
3.2 极值搜索算法
3.2.1 单参数扰动极值搜索算法
3.2.2 滑模极值搜索算法
3.3 平台干扰抑制补偿算法
3.4 采集图像规范化
3.5 滚转角度估计
3.6 侧影轮廓三维重构算法
3.7 本章小结
第4章 斑马鱼幼鱼微玻璃管内的运动建模和位置控制
4.1 引言
4.2 系统建模与问题描述
4.2.1 基于神经网络的斑马鱼幼鱼管内运动控制建模
4.2.2 预测控制问题描述
4.3 模型预测控制律推导
4.3.1 建立脉冲响应和阶跃响应模型
4.3.2 基于阶跃响应模型的p步预测方程
4.3.3 基于脉冲响应模型的p步预测方程
4.3.4 基于状态空间模型的p步预测方程
4.4 无约束控制器设计
4.4.1 控制时域对控制性能的影响
4.4.2 预测时域对控制性能的影响
4.4.3 系统抗干扰性能分析
4.5 约束预测控制器设计及仿真
4.6 显式预测控制器设计及仿真
4.6.1 采样时间对控制性能的影响
4.6.2 控制时域对控制性能的影响
4.7 本章小结
第5章 基于模型预测控制的三维重构
5.1 引言
5.2 坐标系标定
5.3 特征点匹配
5.4 侧影轮廓法
5.5 两种重构方法结果比较与讨论
5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]斑马鱼3D解剖互动系统的制作[J]. 林金杏,章琳俐,胡建华,高诚,冯丽萍,魏晓锋,陈微,陈秋生. 解剖学报. 2016(01)
[2]地塞米松影响骨骼发育的斑马鱼模型的建立[J]. 韦英杰,王长梅,蔡雪婷,詹扬,贾晓斌. 药学学报. 2013(02)
[3]模式生物斑马鱼在药物依赖研究中的应用现状[J]. 陈毅飞,翁建霖,莫志贤. 中国药物依赖性杂志. 2010(06)
[4]基于二维图像和多点统计方法的多孔介质三维重构研究[J]. 张挺,卢德唐,李道伦. 中国科学技术大学学报. 2010(03)
[5]基于子空间辨识的模型预测控制策略及其应用[J]. 孙磊,金晓明. 控制理论与应用. 2009(03)
[6]斑马鱼行为学实验在神经科学中的应用[J]. 邹苏琪,殷梧,杨昱鹏,陈林,胡兵. 生物化学与生物物理进展. 2009(01)
[7]EE2对稀有鮈鲫和斑马鱼幼鱼体内卵黄蛋白原诱导的比较[J]. 廖涛,徐盈,钟雪萍,梁勇,王剑伟. 水生生物学报. 2005(05)
[8]计算机视觉中的三维重构建模[J]. 王斌,王知衍. 微计算机信息. 2005(25)
[9]非线性模型预测控制的现状与问题[J]. 陈虹,刘志远,解小华. 控制与决策. 2001(04)
硕士论文
[1]基于多角度视觉信息的目标3D重构技术研究[D]. 于天慧.哈尔滨工业大学 2015
[2]点云数据处理与三维重构研究[D]. 刘超.东南大学 2015
[3]无稳态振荡极值搜索算法设计及应用研究[D]. 王丽斌.哈尔滨工业大学 2014
本文编号：3147635
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 斑马鱼幼鱼的研究的目的和意义
1.2 三维重构的研究方法
1.3 目前斑马鱼三维重构的研究现状
1.4 本文的主要研究内容
第2章 系统平台及生物实验准备
2.1 引言
2.2 系统软硬件平台介绍
2.3 显微镜被动聚焦技术
2.4 工作空间高度探测技术
2.5 斑马鱼幼鱼身体转动装置
2.6 生物实验准备
2.6.1 幼鱼品种
2.6.2 软琼脂基底
2.6.3 麻醉剂制剂
2.7 四自由度显微操作手
2.8 本章小结
第3章 基于极值搜索算法的侧影轮廓法三维重构
3.1 引言
3.2 极值搜索算法
3.2.1 单参数扰动极值搜索算法
3.2.2 滑模极值搜索算法
3.3 平台干扰抑制补偿算法
3.4 采集图像规范化
3.5 滚转角度估计
3.6 侧影轮廓三维重构算法
3.7 本章小结
第4章 斑马鱼幼鱼微玻璃管内的运动建模和位置控制
4.1 引言
4.2 系统建模与问题描述
4.2.1 基于神经网络的斑马鱼幼鱼管内运动控制建模
4.2.2 预测控制问题描述
4.3 模型预测控制律推导
4.3.1 建立脉冲响应和阶跃响应模型
4.3.2 基于阶跃响应模型的p步预测方程
4.3.3 基于脉冲响应模型的p步预测方程
4.3.4 基于状态空间模型的p步预测方程
4.4 无约束控制器设计
4.4.1 控制时域对控制性能的影响
4.4.2 预测时域对控制性能的影响
4.4.3 系统抗干扰性能分析
4.5 约束预测控制器设计及仿真
4.6 显式预测控制器设计及仿真
4.6.1 采样时间对控制性能的影响
4.6.2 控制时域对控制性能的影响
4.7 本章小结
第5章 基于模型预测控制的三维重构
5.1 引言
5.2 坐标系标定
5.3 特征点匹配
5.4 侧影轮廓法
5.5 两种重构方法结果比较与讨论
5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]斑马鱼3D解剖互动系统的制作[J]. 林金杏,章琳俐,胡建华,高诚,冯丽萍,魏晓锋,陈微,陈秋生. 解剖学报. 2016(01)
[2]地塞米松影响骨骼发育的斑马鱼模型的建立[J]. 韦英杰,王长梅,蔡雪婷,詹扬,贾晓斌. 药学学报. 2013(02)
[3]模式生物斑马鱼在药物依赖研究中的应用现状[J]. 陈毅飞,翁建霖,莫志贤. 中国药物依赖性杂志. 2010(06)
[4]基于二维图像和多点统计方法的多孔介质三维重构研究[J]. 张挺,卢德唐,李道伦. 中国科学技术大学学报. 2010(03)
[5]基于子空间辨识的模型预测控制策略及其应用[J]. 孙磊,金晓明. 控制理论与应用. 2009(03)
[6]斑马鱼行为学实验在神经科学中的应用[J]. 邹苏琪,殷梧,杨昱鹏,陈林,胡兵. 生物化学与生物物理进展. 2009(01)
[7]EE2对稀有鮈鲫和斑马鱼幼鱼体内卵黄蛋白原诱导的比较[J]. 廖涛,徐盈,钟雪萍,梁勇,王剑伟. 水生生物学报. 2005(05)
[8]计算机视觉中的三维重构建模[J]. 王斌,王知衍. 微计算机信息. 2005(25)
[9]非线性模型预测控制的现状与问题[J]. 陈虹,刘志远,解小华. 控制与决策. 2001(04)
硕士论文
[1]基于多角度视觉信息的目标3D重构技术研究[D]. 于天慧.哈尔滨工业大学 2015
[2]点云数据处理与三维重构研究[D]. 刘超.东南大学 2015
[3]无稳态振荡极值搜索算法设计及应用研究[D]. 王丽斌.哈尔滨工业大学 2014
本文编号：3147635
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/sousuoyinqinglunwen/3147635.html
