基于FPGA的SEM自動聚焦系統(tǒng)研究.pdf

1、掃描電子顯微鏡(SEM)在現(xiàn)代科研領(lǐng)域具有重要作用，使用手動調(diào)焦的方式費時費力，并且需要專業(yè)的操作知識。實現(xiàn)SEM的自動聚焦能夠有效提高SEM使用效率。論文在完成相關(guān)電路設(shè)計與軟件編寫基礎(chǔ)上，進行SEM自動聚焦算法研究。
　　論文首先設(shè)計并實現(xiàn)了SEM控制板中的掃描采集傳輸部分，使用FPGA作為主控單元，控制前端掃描采集電路，獲取SEM掃描圖像，通過雙SRAM進行數(shù)據(jù)緩存，使用USB2.0接口與PC端通訊，完成圖像和SEM參數(shù)狀態(tài)

2、等數(shù)據(jù)的傳輸及指令接收。在完成電路和FPGA邏輯模塊的設(shè)計與實現(xiàn)后，論文編寫SEM測試軟件，實現(xiàn)圖像接收與顯示。
　　論文對常用圖像清晰度評價函數(shù)進行實驗驗證和結(jié)果分析，提出大范圍內(nèi)使用灰度方差評價函數(shù)，小范圍使用小波評價函數(shù)的復(fù)合清晰度評價函數(shù)。論文分析驗證常用搜索算法后提出改進的搜索算法，使用線性擬合完成模糊對焦，使用黃金分割搜索完成精細對焦。完成自動聚焦算法研究后，論文進行算法的FPGA實現(xiàn)。將算法分為成灰度方差運算、線性擬

3、合、二維小波變換以及黃金分割搜索四個功能模塊。使用Matlab中的VHDL Coder輔助開發(fā)，完成各模塊編寫，并通過算式變形和邏輯復(fù)用等方式減少資源使用量。針對5/3小波變換，論文提出基于流水線的一維行變換結(jié)構(gòu)，對標(biāo)準(zhǔn)列變換結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，通過5行中間數(shù)據(jù)寄存器的循環(huán)復(fù)用，減少資源消耗。最終對FPGA算法模塊進行時序仿真驗證。
　　經(jīng)聯(lián)機測試，論文設(shè)計的掃描采集傳輸電路及SEM測試軟件能夠正確工作，完成SEM圖像的掃描采集與顯示。