基于DSP的显微镜自动对焦系统设计

发布时间：2017-04-26 21:15

  本文关键词：基于DSP的显微镜自动对焦系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 本文在分析自动对焦技术原理和现状的基础上,设计了一种基于DSP的可应用于多种显微镜的自动对焦系统。该系统以DSP芯片作为系统的控制核心,利用模拟CMOS图像传感器采集显微镜图像,一路输出到电视监视器显示,另一路通过解码芯片解码,由DSP根据采样窗口设计对图像信号进行采集存储,并运用搜索算法和评价函数分析图像,得出对焦位置,控制步进电机使显微镜运行到准确对焦位置,完成自动对焦在DSP上的实现。 在系统设计过程中,通过巧妙的采样窗口设计,使DSP能够直接采集图像数据,节省了常用的采样控制器和存储器,优化了电路结构,降低了开发成本。 在软件搜索算法上提出了搜索预判向方法,在爬山算法的基础上提出了新的搜索策略,改进了评价函数的计算方法,这些算法可以有效地扩大对焦搜索范围,减少搜索陷入局部峰值的概率,极大地提高了系统自动对焦成功率。 在程序设计上,充分利用DSP的计算能力,优化代码结构,在很大程度上提高了软件的执行效率。 在系统测试中,本方案设计的自动对焦系统在对焦范围、对焦时间和对焦精度上都表现良好。系统运行稳定性高,效果好,完全胜任常用显微镜的自动对焦任务。
【关键词】：自动对焦 显微镜 视频解码 电路优化 采样窗口设计 搜索算法 评价函数改进 性能测试
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH742
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-6
• 第1章 绪论6-12
• 1.1 引言6
• 1.2 自动对焦技术历史6-9
• 1.3 自动对焦技术国内外现状9-10
• 1.4 本论文研究的内容10
• 1.5 本论文的结构安排10-12
• 第2章 自动对焦原理及设计方案12-20
• 2.1 显微镜光学成像理论12-15
• 2.1.1 显微镜的成像原理12-13
• 2.1.2 显微镜的齐焦条件13-14
• 2.1.3 显微镜的景深14-15
• 2.2 自动对焦原理15-18
• 2.2.1 光学成像理论15-16
• 2.2.2 自动对焦原理16-17
• 2.2.3 自动对焦方法17-18
• 2.3 基于DSP的自动对焦设计方案18-20
• 第3章 自动对焦系统硬件设计及具体实现20-45
• 3.1 图像传感器20-31
• 3.1.1 图像传感器原理与结构20-22
• 3.1.2 复合视频信号22-24
• 3.1.3 电子目镜设计24-26
• 3.1.4 视频解码电路26-31
• 3.2 DSP控制电路31-34
• 3.2.1 DSP系统概述31-32
• 3.2.2 系统供电电路分析32-34
• 3.2.3 DSP芯片及电路设计34
• 3.3 步进电机及其驱动34-45
• 3.3.1 步进电机原理和分类35-37
• 3.3.2 步进电机加减速37-38
• 3.3.3 步进电机细分38-40
• 3.3.4 驱动电路设计40-45
• 第4章 显微系统的自动对焦实现45-59
• 4.1 电路优化及采集窗口设计45-48
• 4.1.1 自动对焦电路的优化45-47
• 4.1.2 采样窗口设计47-48
• 4.2 搜索算法的选择48-53
• 4.2.1 函数逼近法48-49
• 4.2.2 斐波那契搜索49-50
• 4.2.3 爬山算法及其改进50-51
• 4.2.4 本方案的搜索算法51-53
• 4.3 自动对焦评价函数53-55
• 4.3.1 评价函数标准53
• 4.3.2 评价函数分类53-54
• 4.3.3 评价函数改进54-55
• 4.4 DSP程序实现55-59
• 4.4.1 自动对焦系统主程序55-56
• 4.4.2 自动对焦搜索算法子程序56-58
• 4.4.3 解码芯片和步进电机控制58-59
• 第5章 系统测试与分析59-67
• 5.1 系统实物图59-60
• 5.2 系统各项性能测试60-64
• 5.2.1 对焦效果和曲线分析60-63
• 5.2.2 对焦时间和搜索范围63-64
• 5.2.3 系统稳定性测试64
• 5.3 系统对焦精度与对焦失败分析64-67
• 5.3.1 对焦精度分析64-65
• 5.3.2 对焦失败分析65-67
• 第6章 总结与展望67-69
• 6.1 本文完成的工作67-68
• 6.2 进一步研究和展望68-69
• 参考文献69-72
• 致谢72

【引证文献】

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 刘钦晓;波前编码成像系统解码算法理论研究及其应用[D];浙江大学;2010年

2 于秋水;基于图像处理方法的光学瞄具自动调焦技术研究[D];长春理工大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 任利强;荧光显微镜中景深和自动对焦方法的研究[D];天津大学;2012年

2 赵晨旭;基于步进电机的转速校验台的设计与实现[D];郑州大学;2012年

3 吴冬冬;全自动尿沉渣分析仪的显微自动调焦系统设计与实现[D];武汉理工大学;2012年

4 金小亮;纺织专用显微自动对焦技术研究[D];西安工程大学;2011年

5 隋元明;基于DM642数字信号处理器的波前编码解码系统[D];浙江大学;2012年

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本文编号：329263