本文關(guān)鍵詞：新型數(shù)字化顯微系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)焦研究

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【摘要】：數(shù)字化顯微系統(tǒng)在臨床醫(yī)學(xué)、醫(yī)藥研發(fā)、系統(tǒng)生物學(xué)和環(huán)境學(xué)等方面都有強(qiáng)烈的需求。系統(tǒng)的對(duì)焦速度和分辨率決定著它的應(yīng)用范圍,對(duì)焦速度主要由兩方面作用著:對(duì)焦的原理和運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。本研究針對(duì)這兩個(gè)方面進(jìn)行了深入探討,提出了主動(dòng)對(duì)焦方法和基于壓電陶瓷的運(yùn)動(dòng)控制結(jié)構(gòu)。首先,本研究基于主動(dòng)對(duì)焦原理,進(jìn)行了系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)和數(shù)學(xué)計(jì)算,并用Zemax進(jìn)行仿真,之后根據(jù)仿真和計(jì)算的結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)物結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造。然后,對(duì)主動(dòng)對(duì)焦裝置得到的激光光斑圖像進(jìn)行預(yù)處理和分析,提取出光斑的半徑和質(zhì)心位置等特征,探究光斑特征與系統(tǒng)離焦量的關(guān)系。最后,使用壓電陶瓷來(lái)作為對(duì)焦的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),并采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID控制相結(jié)合的方式來(lái)控制對(duì)焦運(yùn)動(dòng),使用Simulink和ARM9分別進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn),結(jié)果都達(dá)到了預(yù)期,提高了壓電陶瓷運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性。論文最后,基于主動(dòng)對(duì)焦和壓電陶瓷對(duì)數(shù)字化顯微系統(tǒng)進(jìn)行了整體設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn):對(duì)硬件各個(gè)模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)和采購(gòu),及進(jìn)行裝配;基于Microsoft Visual Studio 2010進(jìn)行了軟件開發(fā)及軟硬件功能調(diào)試,最終實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)焦。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用新型對(duì)焦技術(shù)和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)能大幅度提高對(duì)焦速度,在一定程度上實(shí)現(xiàn)了本研究的初衷。
【關(guān)鍵詞】：數(shù)字化顯微系統(tǒng) 主動(dòng)式對(duì)焦方法 圖像處理 壓電陶瓷 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP391.41
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 緒論9-19
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 主動(dòng)對(duì)焦概述10-13
• 1.3 離焦量探測(cè)概述/圖像識(shí)別概述13-14
• 1.4 壓電陶瓷控制技術(shù)概述14-16
• 1.5 章節(jié)安排16-19
• 第二章 基于主動(dòng)對(duì)焦方法的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造19-39
• 2.1 引言19-22
• 2.1.1 光學(xué)幾何成像原理19-20
• 2.1.2 主動(dòng)對(duì)焦方法20-22
• 2.2 主動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)和數(shù)學(xué)計(jì)算22-33
• 2.2.1 系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)22-31
• 2.2.2 主動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)數(shù)學(xué)計(jì)算31-33
• 2.3 主動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)制造和實(shí)驗(yàn)33-38
• 2.3.1 主動(dòng)對(duì)焦裝置結(jié)構(gòu)制造33-34
• 2.3.2 主動(dòng)對(duì)焦裝置測(cè)試實(shí)驗(yàn)34-38
• 2.4 本章總結(jié)38-39
• 第三章 主動(dòng)對(duì)焦離焦量探測(cè)39-52
• 3.1 引言39-43
• 3.1.1 數(shù)字圖像表示方法40
• 3.1.2 數(shù)字圖像的鄰域表示40-41
• 3.1.3 數(shù)字圖像的距離表示41-42
• 3.1.4 數(shù)字圖像的坐標(biāo)變換42-43
• 3.2 探測(cè)光斑圖像預(yù)處理43-48
• 3.2.1 光斑圖像噪聲濾除44-45
• 3.2.2 光斑圖像修補(bǔ)增強(qiáng)45-48
• 3.3 探測(cè)光斑圖像分析48-50
• 3.3.1 光斑圖像邊緣檢測(cè)48-49
• 3.3.2 光斑圖像半徑測(cè)量49-50
• 3.4 探測(cè)光斑特征與離焦量關(guān)系50-51
• 3.5 本章總結(jié)51-52
• 第四章 基于壓電陶瓷的對(duì)焦運(yùn)動(dòng)控制52-68
• 4.1 引言52-59
• 4.1.1 壓電陶瓷53-55
• 4.1.2 模型和逆控制模型55-58
• 4.1.3 自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制58-59
• 4.2 基于壓電陶瓷的對(duì)焦運(yùn)動(dòng)控制仿真59-63
• 4.3 基于壓電陶瓷的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)63-67
• 4.3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器設(shè)計(jì)64-66
• 4.3.2 控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)66-67
• 4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較和分析67
• 4.5 本章總結(jié)67-68
• 第五章 顯微掃描系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)68-81
• 5.1 系統(tǒng)整體框架圖68-69
• 5.2 系統(tǒng)整體硬件設(shè)計(jì)69-73
• 5.2.1 壓電陶瓷物鏡驅(qū)動(dòng)器69-70
• 5.2.2 單模光纖耦合激光器70
• 5.2.3 高速相機(jī)和成像相機(jī)70-71
• 5.2.4 微處理器71-72
• 5.2.5 驅(qū)動(dòng)電源72
• 5.2.6 /轉(zhuǎn)換器72-73
• 5.3 系統(tǒng)整體軟件設(shè)計(jì)73-77
• 5.3.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖73-74
• 5.3.2 樣品切片圖像獲取和顯示模塊部分程序74-76
• 5.3.3 調(diào)焦光斑獲取和處理模塊部分程序76
• 5.3.4 壓電陶瓷物鏡驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)控制模塊76-77
• 5.4 系統(tǒng)的整體實(shí)現(xiàn)77-80
• 5.5 本章總結(jié)80-81
• 第六章 總結(jié)和展望81-83
• 6.1 研究總結(jié)81
• 6.2 研究展望81-83
• 參考文獻(xiàn)83-87
• 致謝87-88
• 攻讀學(xué)位期間的學(xué)術(shù)成果88
• 攻讀碩士學(xué)位期間參與項(xiàng)目88-90

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