基于數(shù)字圖像處理的顯微自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)的研究及實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字圖像處理技術(shù)的日益成熟,圖像測(cè)量技術(shù)近年來在測(cè)量領(lǐng)域有了長(zhǎng)足的發(fā)展。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、非接觸、信息量大、處理迅速、精度高等特點(diǎn),目前已得到廣泛應(yīng)用。在數(shù)字成像系統(tǒng)中,如何快速并且有效地實(shí)現(xiàn)顯微自動(dòng)調(diào)焦是成像系統(tǒng)研究中的關(guān)鍵。隨著視覺系統(tǒng)應(yīng)用范圍的不斷拓展,調(diào)焦問題也越來越受到相關(guān)研究領(lǐng)域研究人員的關(guān)注,特別是在一些需要快速、頻繁調(diào)焦的應(yīng)用場(chǎng)合。
　　本文對(duì)基于圖像技術(shù)的自動(dòng)調(diào)焦技術(shù)做了深入研究。主要工作如

2、下:
　　1)對(duì)自動(dòng)調(diào)焦技術(shù)的研究現(xiàn)狀和主要方法做了大致介紹,說明了圖像法自動(dòng)調(diào)焦技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),最終選擇了此方法為本文研究的前提,并對(duì)課題來源做了闡述。
　　2)提出了本文自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo),對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了總體的方案設(shè)計(jì)和部分器件的選擇。其中包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、攝像機(jī)、圖像采集卡、雙極性步進(jìn)電機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制器、光學(xué)鏡頭、光源等。
　　3)根據(jù)系統(tǒng)的需要設(shè)計(jì)了運(yùn)動(dòng)控制器,并制定了通信協(xié)議?？刂破鞑捎昧薃TMEL公司高性能的8位

3、MCU?ATMEGA16L做為主控制器,可同時(shí)控制三臺(tái)步進(jìn)電機(jī)完成X、Y、Z三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng);在Z軸方向引入了步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分功能,由此提高了顯微系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)焦所能分辨的最大倍率;在該控制器中移植了μ/cosII嵌入式操作系統(tǒng),提高了控制器的穩(wěn)定性,實(shí)時(shí)性。
　　4)對(duì)目前已有的幾種調(diào)焦評(píng)價(jià)函數(shù)和調(diào)焦策略做了介紹,并分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)。針對(duì)目前已有調(diào)焦方法優(yōu)缺點(diǎn),本文提出一種大范圍快速自動(dòng)調(diào)焦策略。即首先采用位移傳感器將載物臺(tái)快速移動(dòng)至

4、正焦位置附近,誤差范圍為±150μm,完成粗調(diào)焦。在對(duì)調(diào)焦評(píng)價(jià)函數(shù)深入分析的基礎(chǔ)上,選擇了灰度差分絕對(duì)值和函數(shù)作為細(xì)調(diào)焦函數(shù)。在小范圍內(nèi)對(duì)灰度差分絕對(duì)值和函數(shù)進(jìn)行內(nèi)插值處理完成細(xì)調(diào)焦。在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,分析了影響調(diào)焦精度的誤差因素,并分別想出對(duì)策減小誤差。
　　本研究創(chuàng)新的把步進(jìn)電機(jī)細(xì)分技術(shù)引入到自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)中,使調(diào)焦系統(tǒng)能適應(yīng)更微小景深的高倍物鏡,提高了系統(tǒng)的最大放大倍率。提出了一種粗微調(diào)結(jié)合的大范圍快速調(diào)焦策略。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,本系