【摘要】：作為顯微成像系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一,自動對焦對于提升顯微切片掃描技術(shù)的效率具有非常重要的意義。目前,在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用中,顯微切片掃描技術(shù)主要采用離線對焦方法,該方法無法在任意橫向位置快速獲得離焦量,因此在掃描前需要對整個組織樣品表面進(jìn)行焦面建模,導(dǎo)致掃描效率低。一些在線自動對焦方法雖然解決了在任意橫向位置獲取離焦量,一定程度上提高了掃描效率,但仍存在對焦信號獲取延時(shí)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高等問題。針對這些問題,本文提出一種基于傾斜攝像頭和正置攝像頭的自動對焦方法,該方法具有快速、無延時(shí)、結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)。本文主要對傾斜攝像頭對焦的理論分析、對焦系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)、對焦系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)等內(nèi)容進(jìn)行深入探索與研究,并測試分析了對焦系統(tǒng)的各項(xiàng)性能。主要研究內(nèi)容如下:首先,從對焦系統(tǒng)的快速性出發(fā),提出了傾斜攝像頭如何獲得特征值的方法,同時(shí)得出了實(shí)現(xiàn)傾斜對焦原理的理論關(guān)系,并分析了傾斜對焦系統(tǒng)的三個關(guān)鍵技術(shù)問題:攝像頭傾斜角度的選取、傾斜攝像頭和正置攝像頭的位置關(guān)系以及特征值與離焦量的映射關(guān)系。深入研究了傾斜角度選取的理論和方法。討論了傾斜對焦系統(tǒng)的影響因素,得出了景深、分辨率以及圖像均勻度等通過改變系統(tǒng)參數(shù)可以減少對系統(tǒng)影響的結(jié)論,設(shè)計(jì)并研制了單透鏡非球面聚光鏡的照明系統(tǒng)。其次,在傾斜自動對焦理論的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了傾斜攝像頭的固定結(jié)構(gòu)裝置。分析并選取了評價(jià)特征圖像的清晰度評價(jià)函數(shù),對五種算法進(jìn)行比較,確定了效率、單峰性、靈敏度等性能更優(yōu)的Tenengrad算法。設(shè)計(jì)了合理的ROI區(qū)域,有效的提升了圖像算法的計(jì)算效率。設(shè)計(jì)了以STM32微處理器為核心的運(yùn)動控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了載物臺的運(yùn)動控制,設(shè)計(jì)并分析了分段控制算法,減少了電機(jī)震蕩、閾值選取等問題對成像穩(wěn)定性的影響。再次,采用了Motic Calibration Slide樣本對雙攝像頭位置標(biāo)定,實(shí)現(xiàn)了特征圖像的獲取。通過實(shí)驗(yàn)標(biāo)定了特征值與離焦量值的映射關(guān)系曲線,分析了理論曲線和實(shí)測曲線的誤差問題,驗(yàn)證了傾斜對焦系統(tǒng)的可行性。研究并設(shè)計(jì)了人機(jī)交互界面,實(shí)現(xiàn)了一體化的對焦功能。最后,測試了傾斜對焦系統(tǒng)的各項(xiàng)性能。對焦效率方面,實(shí)現(xiàn)了1.08s的快速對焦,顯微切片掃描效率提升一個數(shù)量級;靈敏度方面,實(shí)測的靈敏度為12pixel/μm,略低于理論值;工作范圍方面,在10X、20X物鏡下,實(shí)測的工作范圍分別為105.2μm、48.8μm,均滿足生物組織樣品的測量。
[Abstract]:As one of the key techniques of microscopic imaging system, automatic focusing plays an important role in improving the efficiency of microslice scanning. At present, in the application of industrial field, the technology of microslice scanning mainly adopts off-line focusing method, which can not obtain the defocus quantity quickly at any transverse position, so it is necessary to model the focal plane of the whole tissue surface before scanning. The scanning efficiency is low. Some on-line auto-focusing methods solve the problems of obtaining defocus at any transverse position and improving scanning efficiency to a certain extent, but there are still some problems such as delay of acquisition of focusing signal, complex structure and high cost. Aiming at these problems, this paper presents an automatic focusing method based on tilted camera and forward camera, which has the advantages of fast speed, no delay, simple structure and so on. In this paper, the theoretical analysis of tilted camera focusing, the modular design of focusing system, the realization of focusing system and so on are explored and studied, and the performance of focusing system is tested and analyzed. The main research contents are as follows: firstly, from the point of view of the rapidity of the focusing system, the method of how to obtain the eigenvalue of the tilted camera is proposed, and the theoretical relationship of realizing the tilting focusing principle is obtained. Three key technical problems of tilted focusing system are analyzed, including the selection of tilt angle of camera, the position relationship between tilted camera and positive camera, and the mapping relationship between eigenvalues and defocus. The theory and method of tilt angle selection are studied in depth. This paper discusses the influence factors of tilting focusing system, and draws the conclusion that depth of field, resolution and image uniformity can reduce the influence on system by changing system parameters. The illumination system of single lens aspheric condenser is designed and developed. Secondly, on the basis of tilting auto-focus theory, the fixed structure of tilting camera is designed. This paper analyzes and selects the definition evaluation function of the evaluation feature image, compares the five algorithms, and determines the Tenengrad algorithm with better performance, such as efficiency, single peak, sensitivity and so on. A reasonable ROI region is designed to improve the computational efficiency of the image algorithm. A motion control system based on STM32 microprocessor is designed. The motion control of the platform is realized. The subsection control algorithm is designed and analyzed to reduce the influence of motor oscillation and threshold selection on the imaging stability. Thirdly, Motic Calibration Slide samples are used to calibrate the position of the two cameras, and the feature images are acquired. The mapping curves between eigenvalues and defocus values are calibrated experimentally. The errors between theoretical curves and measured curves are analyzed and the feasibility of tilted focusing system is verified. The man-machine interface is studied and designed, and the integrated focusing function is realized. Finally, the performance of the tilted focusing system is tested. In the aspect of focusing efficiency, the fast focusing of 1.08s is realized, and the scanning efficiency of microslice is increased by an order of magnitude. In sensitivity, the measured sensitivity is 12pixel/ 渭 m, which is slightly lower than the theoretical value. The measured range of work is 105.2 渭 m ~ (48. 8) 渭 m, which can meet the requirements of biological tissue samples.
【學(xué)位授予單位】：華僑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP391.41

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 北極;;留住滿眼春色 自動對焦手機(jī)導(dǎo)購[J];網(wǎng)絡(luò)與信息;2006年04期

2 王虎;;自動對焦原理及方法[J];科技信息(科學(xué)教研);2008年13期

3 ;完美設(shè)置自動對焦[J];數(shù)碼攝影;2010年10期

4 張問驊;自動對焦(1)[J];自動化博覽;1995年05期

5 徐加軍;陳燕平;余飛鴻;;手機(jī)模組生產(chǎn)線被動自動對焦技術(shù)研究[J];光學(xué)儀器;2006年03期

6 黃其昆;;正確使用自動對焦[J];數(shù)碼攝影;2007年08期

7 馮華君,毛邦福,李奇,徐之海;一種用于數(shù)字成像的自動對焦系統(tǒng)[J];光電工程;2004年10期

8 ;精準(zhǔn)無誤[J];通信技術(shù);2006年05期

9 軒波;苗立剛;彭思龍;;顯微鏡下兩層物體的快速自動對焦算法[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用;2007年01期

10 陳曉彬;;基于小波的自動對焦算法研究[J];通信技術(shù);2010年06期

相關(guān)會議論文 前3條

1 馮華君;李奇;徐之海;;數(shù)字成像中的自動對焦技術(shù)[A];大珩先生九十華誕文集暨中國光學(xué)學(xué)會2004年學(xué)術(shù)大會論文集[C];2004年

2 郭曉東;陳華旺;王晨晟;張智杰;;基于紅外圖像邊緣特性的自動對焦技術(shù)[A];中國光學(xué)學(xué)會2011年學(xué)術(shù)大會摘要集[C];2011年

3 張宏建;田維堅(jiān);張薇;汪麗;;光錐與CCD耦合系統(tǒng)中基于算子融合的自動對焦方法[A];大珩先生九十華誕文集暨中國光學(xué)學(xué)會2004年學(xué)術(shù)大會論文集[C];2004年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 王琦;單點(diǎn)自動對焦多點(diǎn)自動對焦[N];中國攝影報(bào);2005年

2 OmniVision中國區(qū)市場銷售總監(jiān) 陳家旺;自動對焦照相手機(jī)面臨元器件緊缺[N];中國電子報(bào);2006年

3 蔣楓;廣角與防抖下的連續(xù)自動對焦[N];中國攝影報(bào);2010年

4 王琦;自動對焦失靈與處理[N];中國攝影報(bào);2005年

5 付鴻波;選購鏡頭需注意機(jī)械性能[N];中國攝影報(bào);2010年

6 李隆 編譯;自動對焦的秘訣[N];中國攝影報(bào);2006年

7 無錫 黃崢;淺談數(shù)碼相機(jī)的自動對焦[N];電子報(bào);2005年

8 ;增強(qiáng)企業(yè)綜合競爭力[N];網(wǎng)絡(luò)世界;2009年

9 ;TransChip擴(kuò)展在華渠道伙伴網(wǎng)絡(luò)[N];人民郵電;2005年

10 商業(yè)攝影師:郭立源;自動對焦像人臉識別系統(tǒng)一樣精準(zhǔn)[N];中國攝影報(bào);2012年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 李奇;數(shù)字自動對焦技術(shù)的理論及實(shí)現(xiàn)方法研究[D];浙江大學(xué);2004年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 李龍龍;基于圖像處理的攝像機(jī)自動對焦和自動曝光技術(shù)的研究[D];東北大學(xué);2013年

2 馬宣;能夠自動對焦的紅外成像系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)[D];電子科技大學(xué);2014年

3 高鵬;一種智能手機(jī)快速檢測與拍攝閃電場景的方法研究[D];西安電子科技大學(xué);2015年

4 李晨曦;星空場景的手機(jī)拍攝方法[D];西安電子科技大學(xué);2014年

5 朱晨旭;DNA芯片電泳檢測中的自動對焦和定位研究[D];東南大學(xué);2015年

6 楊亞運(yùn);多元熒光探測器Soller狹縫自動對焦方法研究[D];中國科學(xué)院研究生院(上海應(yīng)用物理研究所);2016年

7 李斯文;細(xì)胞篩選平臺顯微自動對焦系統(tǒng)研究[D];河南科技大學(xué);2017年

8 尹鵬;低信噪比環(huán)境下的自動對焦技術(shù)[D];山東大學(xué);2009年

9 裴錫宇;自動對焦技術(shù)及其工程應(yīng)用的研究[D];浙江大學(xué);2004年

10 蔣婷;基于圖像處理的自動對焦理論和技術(shù)研究[D];武漢理工大學(xué);2008年

，

本文編號：2282631