隨著智慧醫(yī)療、遠(yuǎn)程醫(yī)療的發(fā)展,便攜式醫(yī)療器械成為研究熱點(diǎn),基于微流控和圖像傳感器技術(shù)的光流體顯微鏡（Optofluidic Microscope）,因其易于系統(tǒng)集成、便于攜帶和可實(shí)時(shí)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn),在生物細(xì)胞檢測(cè)領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注,CMOS圖像傳感器作為光流體顯微鏡中的成像模塊決定了成像質(zhì)量。因此,面向光流體顯微鏡應(yīng)用,對(duì)高速、高精度CMOS圖像傳感器中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究具有重要意義。本文將時(shí)間延遲積分（Time Delay Integration,TDI）CMOS圖像傳感器應(yīng)用于光流體顯微鏡,進(jìn)行超分辨率成像方法、列并行模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Analog-to-Digital,ADC）等關(guān)鍵技術(shù)研究,主要包括如下內(nèi)容:1.為了實(shí)現(xiàn)光流體顯微鏡的超分辨率成像,提出一種利用TDI CMOS圖像傳感器進(jìn)行過(guò)采樣實(shí)現(xiàn)超分辨率成像的方法。研究TDI級(jí)數(shù)和過(guò)采樣頻率對(duì)原始圖像與超分辨率成像結(jié)果相互映射關(guān)系的影響,通過(guò)Matlab仿真表明,TDI CMOS圖像傳感器的過(guò)采樣頻率變?yōu)镸倍,灰度平均梯度大約下降至0.67^M/2倍,運(yùn)動(dòng)方向上圖像分辨率明顯提高,輸出圖像信噪比提高了M^1/... 

【文章來(lái)源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁(yè)數(shù)】：132 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

不同成像方式的對(duì)比：（a）256×256原圖；（b）加入高斯噪聲的原圖；（c）1×128線陣采集結(jié)果圖；（d）4×128像素4級(jí)TDI采集結(jié)果圖；（e）4×128像素4級(jí)TDI下2倍過(guò)采樣頻率亞像素采集結(jié)果圖；（f）還原后的結(jié)果圖

（e） （f） （g） （h）圖 3-8 不同 TDI 級(jí)數(shù)的成像結(jié)果：（a）原圖；（b）2 級(jí)；（c）4 級(jí)；（d）8 級(jí)；（e）16 級(jí)；（f）32級(jí)；（g）64 級(jí)；（h）128 級(jí)Fig. 3-8 Imaging with different TDI stages: (a) Original image; (b) 2-stage; (c) 4-stage; (d) 8-stage; (e) 16-stage; (f) 32-stage; (g) 64-stage; (h) 128-stage然后，仿真了 2 級(jí) TDI 以不同過(guò)采樣頻率進(jìn)行成像的結(jié)果，圖 3-9 給出了待處理原圖和傳統(tǒng)成像方式采集得到的圖像信息，其中圖 3-9（a）為分辨率為 512×512 的原始細(xì)胞圖像；圖（b）為加入噪聲的原始細(xì)胞圖像，信噪比為 11.63dB；圖（c）為仿真得到的采用 1×64 線陣圖像傳感器采集到的圖像信息，相比原圖分辨率降低，亮度不變；圖（d）中給出傳統(tǒng) 2 級(jí) TDI 采集到的圖像，亮度明顯改變，信噪比為 14.54dB，與線陣結(jié)構(gòu)相比提高了約 3dB，與理論相符。然后用 2 級(jí) TDI 分別以 2、4 和 8 倍過(guò)采樣頻率對(duì)圖 3-9（b）進(jìn)行成像，并使用相應(yīng)還原矩陣進(jìn)行圖像還原，結(jié)果如圖 3-10 所示，其中圖（a）為 2 級(jí) TDI 在 2 倍過(guò)采樣頻率下的成像結(jié)果；圖（b）為圖（a）還原后的圖像；圖（c）為 2 級(jí) TDI 在 4 倍過(guò)采樣頻率下的成像結(jié)果；圖（d）為圖（c）還原后的圖像；圖（e）為 2 級(jí) TDI 在 4 倍過(guò)采樣頻率下的成像結(jié)果；圖（f）為圖（e）還原后的圖像。三種情況下的退化矩陣分別為（1/2 11/2）、

（c） （d）圖 3-9 原始圖像和傳統(tǒng)方式采集得到的圖像：（a）分辨率為 512×512 的原圖；（b）加入噪聲的原圖；（c）1×64 線陣采集圖像；（d）傳統(tǒng) 2 級(jí) TDI 采集圖像Fig. 3-9 Different imaging: (a) The 512×512 original image; (b) Original image with noise; (c) Imaging with64×64 array image sensor; (d) Imaging with traditional 2-stage image sensor通過(guò)仿真表明，還原后的圖 3-10（b）、（d）和（f）的信噪分別為 17.32dB、20.51dB和 23.04dB，比相對(duì)于傳統(tǒng) 2 級(jí) TDI 結(jié)構(gòu)分別提高了約 21/2、2 和 81/2倍。然后仿真對(duì)比他們的灰度平均梯度，圖 3-9（d）中 2 級(jí) TDI 成像結(jié)果的灰度平均梯度值為 2.283×10-3，而圖 3-10（b）、（d）和（f）的灰度平均梯度值分別為 1.415×10-3、9.052×10-4和 6.157×10-4，可以看出隨著采樣變?yōu)?2 倍，灰度平均梯度大約降為以前的 2/3，說(shuō)明提出的利用 TDCMOS 圖像傳感器過(guò)采樣的超分辨率方式可以提高圖像的清晰度和信噪比。TDI 的級(jí)數(shù) N與圖像的亮度和信噪比有關(guān)，亮度正比與 N，信噪比正比與 N1/2，N 過(guò)高圖像會(huì)發(fā)生過(guò)度曝光，N 不足則圖像過(guò)暗。過(guò)采樣的頻率倍數(shù) M 與圖像列方向上的分辨率和圖像信噪比有關(guān)，M倍的過(guò)采樣頻率意味著灰度平均梯度約下降至0.67M/2倍，圖像信噪比正比于M1/2。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]光流體顯微鏡中CMOS圖像傳感器關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 呂楠.西安理工大學(xué) 2016

碩士論文
[1]MSAD方法正則化參數(shù)的選擇及其有效性探究[D]. 朱程.南方醫(yī)科大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3623582