新型数字化显微系统自动对焦研究

发布时间：2017-09-28 19:02

  本文关键词：新型数字化显微系统自动对焦研究

  更多相关文章： 数字化显微系统 主动式对焦方法 图像处理 压电陶瓷 神经网络

【摘要】：数字化显微系统在临床医学、医药研发、系统生物学和环境学等方面都有强烈的需求。系统的对焦速度和分辨率决定着它的应用范围,对焦速度主要由两方面作用着:对焦的原理和运动的机构。本研究针对这两个方面进行了深入探讨,提出了主动对焦方法和基于压电陶瓷的运动控制结构。首先,本研究基于主动对焦原理,进行了系统光学设计和数学计算,并用Zemax进行仿真,之后根据仿真和计算的结构进行系统实物结构的设计和制造。然后,对主动对焦装置得到的激光光斑图像进行预处理和分析,提取出光斑的半径和质心位置等特征,探究光斑特征与系统离焦量的关系。最后,使用压电陶瓷来作为对焦的运动机构,并采用BP神经网络与PID控制相结合的方式来控制对焦运动,使用Simulink和ARM9分别进行仿真和实验,结果都达到了预期,提高了压电陶瓷运动的准确性。论文最后,基于主动对焦和压电陶瓷对数字化显微系统进行了整体设计和实现:对硬件各个模块进行了设计和采购,及进行装配;基于Microsoft Visual Studio 2010进行了软件开发及软硬件功能调试,最终实现了系统自动对焦。实验结果表明,采用新型对焦技术和运动机构能大幅度提高对焦速度,在一定程度上实现了本研究的初衷。
【关键词】：数字化显微系统 主动式对焦方法 图像处理 压电陶瓷 神经网络
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 主动对焦概述10-13
• 1.3 离焦量探测概述/图像识别概述13-14
• 1.4 压电陶瓷控制技术概述14-16
• 1.5 章节安排16-19
• 第二章 基于主动对焦方法的结构设计和制造19-39
• 2.1 引言19-22
• 2.1.1 光学几何成像原理19-20
• 2.1.2 主动对焦方法20-22
• 2.2 主动对焦系统光学设计和数学计算22-33
• 2.2.1 系统光学设计22-31
• 2.2.2 主动对焦系统数学计算31-33
• 2.3 主动对焦系统结构制造和实验33-38
• 2.3.1 主动对焦装置结构制造33-34
• 2.3.2 主动对焦装置测试实验34-38
• 2.4 本章总结38-39
• 第三章 主动对焦离焦量探测39-52
• 3.1 引言39-43
• 3.1.1 数字图像表示方法40
• 3.1.2 数字图像的邻域表示40-41
• 3.1.3 数字图像的距离表示41-42
• 3.1.4 数字图像的坐标变换42-43
• 3.2 探测光斑图像预处理43-48
• 3.2.1 光斑图像噪声滤除44-45
• 3.2.2 光斑图像修补增强45-48
• 3.3 探测光斑图像分析48-50
• 3.3.1 光斑图像边缘检测48-49
• 3.3.2 光斑图像半径测量49-50
• 3.4 探测光斑特征与离焦量关系50-51
• 3.5 本章总结51-52
• 第四章 基于压电陶瓷的对焦运动控制52-68
• 4.1 引言52-59
• 4.1.1 压电陶瓷53-55
• 4.1.2 模型和逆控制模型55-58
• 4.1.3 自适应神经网络控制58-59
• 4.2 基于压电陶瓷的对焦运动控制仿真59-63
• 4.3 基于压电陶瓷的控制系统硬件设计63-67
• 4.3.1 神经网络控制器设计64-66
• 4.3.2 控制系统整体设计66-67
• 4.4 实验结果比较和分析67
• 4.5 本章总结67-68
• 第五章 显微扫描系统整体设计与实现68-81
• 5.1 系统整体框架图68-69
• 5.2 系统整体硬件设计69-73
• 5.2.1 压电陶瓷物镜驱动器69-70
• 5.2.2 单模光纤耦合激光器70
• 5.2.3 高速相机和成像相机70-71
• 5.2.4 微处理器71-72
• 5.2.5 驱动电源72
• 5.2.6 /转换器72-73
• 5.3 系统整体软件设计73-77
• 5.3.1 系统软件设计流程图73-74
• 5.3.2 样品切片图像获取和显示模块部分程序74-76
• 5.3.3 调焦光斑获取和处理模块部分程序76
• 5.3.4 压电陶瓷物镜驱动器运动控制模块76-77
• 5.4 系统的整体实现77-80
• 5.5 本章总结80-81
• 第六章 总结和展望81-83
• 6.1 研究总结81
• 6.2 研究展望81-83
• 参考文献83-87
• 致谢87-88
• 攻读学位期间的学术成果88
• 攻读硕士学位期间参与项目88-90

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本文编号：937511