微操作機器人系統(tǒng)光軸方向有效操作空間的拓展.pdf

1、微操作機器人系統(tǒng)是機器人技術向微細操作領域的延伸，在具有高操作精度的同時，還要求有相對大的操作空間。從機電系統(tǒng)角度看，微操作機器人系統(tǒng)的操作空間為厘米級，然而，其有效操作空間依賴于顯微視覺系統(tǒng)的顯微圖像處理能力：尤其在光軸方向，受到顯微鏡景深的限制，有效操作空間僅為微米級，大大限制了微操作的推廣。本文的工作即圍繞微操作機器人光軸方向有效操作空間拓展這一核心問題而展開，在分析顯微物鏡成像原理的基礎上，深入研究了微操作工具的深度信息提取，提

2、出并實現(xiàn)了兩種基于不同光學成像模型的深度信息提取方法。 首先介紹了基于高斯成像模型的深度信息提取原理，并針對生物醫(yī)學工程中常用的微操作工具——微針，詳細分析了在處理微針圖像中需要進行的特殊處理，最終實現(xiàn)了微針深度信息的實時提取。之后，針對40×顯微物鏡，設計并完成了基于高斯成像模型的深度信息提取實驗，實驗結(jié)果表明，該方法提取一個深度值僅需0.1～0.2s，深度提取標準差為2～3μm，在精度上和速度上都達到了在線應用水平。進一步，

3、本文將此深度信息提取方法向低倍數(shù)顯微物鏡擴展，取得了較好的結(jié)果。 其次，為了提高深度信息提取精度，本文引入了衍射光學模型，給出了基于離焦光學傳遞函數(shù)的深度信息提取方法，最終完成了各種顯微鏡倍數(shù)下的深度信息提取實驗。實驗結(jié)果表明，與同等條件下基于高斯成像模型的深度信息提取相比，該方法的提取精度得到改善，在40×顯微物鏡下，深度提取標準差達到了2μm。 最后，基于上述深度信息提取方法，本文完成了基于離焦狀態(tài)模糊顯微圖像反饋的