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

1、隨著現(xiàn)代計算技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字圖像處理技術(shù)的日益成熟,圖像測量技術(shù)近年來在測量領(lǐng)域有了長足的發(fā)展。它具有結(jié)構(gòu)簡單、非接觸、信息量大、處理迅速、精度高等特點,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現(xiàn)顯微自動調(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)用場合。
　　本文對基于圖像技術(shù)的自動調(diào)焦技術(shù)做了深入研究。主要工作如

2、下:
　　1)對自動調(diào)焦技術(shù)的研究現(xiàn)狀和主要方法做了大致介紹,說明了圖像法自動調(diào)焦技術(shù)的優(yōu)點,最終選擇了此方法為本文研究的前提,并對課題來源做了闡述。
　　2)提出了本文自動調(diào)焦系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo),對該系統(tǒng)進行了總體的方案設(shè)計和部分器件的選擇。其中包括傳動機構(gòu)、攝像機、圖像采集卡、雙極性步進電機、運動控制器、光學(xué)鏡頭、光源等。
　　3)根據(jù)系統(tǒng)的需要設(shè)計了運動控制器,并制定了通信協(xié)議。控制器采用了ATMEL公司高性能的8位

3、MCU?ATMEGA16L做為主控制器,可同時控制三臺步進電機完成X、Y、Z三個方向的運動;在Z軸方向引入了步進電機的細分功能,由此提高了顯微系統(tǒng)自動調(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,實時性。
　　4)對目前已有的幾種調(diào)焦評價函數(shù)和調(diào)焦策略做了介紹,并分析了各自的優(yōu)缺點。針對目前已有調(diào)焦方法優(yōu)缺點,本文提出一種大范圍快速自動調(diào)焦策略。即首先采用位移傳感器將載物臺快速移動至

4、正焦位置附近,誤差范圍為±150μm,完成粗調(diào)焦。在對調(diào)焦評價函數(shù)深入分析的基礎(chǔ)上,選擇了灰度差分絕對值和函數(shù)作為細調(diào)焦函數(shù)。在小范圍內(nèi)對灰度差分絕對值和函數(shù)進行內(nèi)插值處理完成細調(diào)焦。在實驗的基礎(chǔ)上,分析了影響調(diào)焦精度的誤差因素,并分別想出對策減小誤差。
　　本研究創(chuàng)新的把步進電機細分技術(shù)引入到自動調(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)實驗驗證,本系