关键词:
显微自动调焦
图像处理
运动控制器
嵌入式操作
系统设计
摘要:
随着现代计算技术的发展和数字图像处理技术的日益成熟,图像测量技术近年来在测量领域有了长足的发展。它具有结构简单、非接触、信息量大、处理迅速、精度高等特点,目前已得到广泛应用。在数字成像系统中,如何快速并且有效地实现显微自动调焦是成像系统研究中的关键。随着视觉系统应用范围的不断拓展,调焦问题也越来越受到相关研究领域研究人员的关注,特别是在一些需要快速、频繁调焦的应用场合。\n 本文对基于图像技术的自动调焦技术做了深入研究。主要工作如下:\n 1)对自动调焦技术的研究现状和主要方法做了大致介绍,说明了图像法自动调焦技术的优点,最终选择了此方法为本文研究的前提,并对课题来源做了阐述。\n 2)提出了本文自动调焦系统的技术指标,对该系统进行了总体的方案设计和部分器件的选择。其中包括传动机构、摄像机、图像采集卡、双极性步进电机、运动控制器、光学镜头、光源等。\n 3)根据系统的需要设计了运动控制器,并制定了通信协议。控制器采用了ATMEL公司高性能的8位MCU?ATMEGA16L做为主控制器,可同时控制三台步进电机完成X、Y、Z三个方向的运动;在Z轴方向引入了步进电机的细分功能,由此提高了显微系统自动调焦所能分辨的最大倍率;在该控制器中移植了μ/cosII嵌入式操作系统,提高了控制器的稳定性,实时性。\n 4)对目前已有的几种调焦评价函数和调焦策略做了介绍,并分析了各自的优缺点。针对目前已有调焦方法优缺点,本文提出一种大范围快速自动调焦策略。即首先采用位移传感器将载物台快速移动至正焦位置附近,误差范围为±150μm,完成粗调焦。在对调焦评价函数深入分析的基础上,选择了灰度差分绝对值和函数作为细调焦函数。在小范围内对灰度差分绝对值和函数进行内插值处理完成细调焦。在实验的基础上,分析了影响调焦精度的误差因素,并分别想出对策减小误差。\n 本研究创新的把步进电机细分技术引入到自动调焦系统中,使调焦系统能适应更微小景深的高倍物镜,提高了系统的最大放大倍率。提出了一种粗微调结合的大范围快速调焦策略。经实验验证,本系统能满足大范围、高精度、快速调焦的要求,具有一定通用性。