生物医用自动对焦显微成像分析仪的研制

摘要

随着科技技术的进步，对光学仪器也有了更高的要求。应用显微镜进行药物筛选实验时，往往都是以人工方式进行的。但这种人工筛选方式相当耗费时间和人力，很难达到大规模筛选的目标，因此急需一种自动对焦显微镜。虽然自动对焦显微镜已经被发明，但仅用于自动切片扫描、进行医疗诊断、病理分析和实时教学等功能。由于行程小，智能化水平低，目前还难以达到医学大规模药物筛选的需求。
　　本文以某光学检测实验室课题为基础，结合以往的自动对焦显微镜设计经验，对基于生物医用方面的自动对焦显微成像分析系统进行研究并开发，使该系统适应多孔板药物分析的快速自动智能检测，完成课题要求。
　　文章分析该课题要求，完成了该医用自动对焦显微成像分析仪器的搭建。设计了能同时安放四张96孔板的大行程两轴扫描平台。通过伺服电机的驱动，使平台满足快速准确扫描。同时，对比传统机械传动的优缺点，在z轴对焦装置上设计了伺服电机和直线电机两级调节的机械结构，提高了该显微成像仪器的机械精度。
　　在自动对焦算法上进行研究，即自动对焦评价函数。分别对方差函数、拉普拉斯函数和最大梯度值函数这三种对焦评价函数在VC++环境下进行对焦实验，最终考虑对焦准确性和快速性选择方差函数和拉普拉斯函数两种函数并行使用。考虑到对焦区域对整个对焦时间的影响，设计了实验找到最优对焦窗口。
　　完成了基于生物医用的自动对焦显微成像分析仪的软件设计，使系统能够完成对每一孔位的快速对焦并获取图像。软件设计分三个模块：运动控制模块、对焦评价模块和图像拼接并存储模块。运动控制模块采用上位机控制，由上位机发出信号，通过多轴运动控制卡控制电机转动来完成系统的运动。对焦评价模块也是在VC++环境下实现，通过和运动控制模块的协调完成对焦任务。考虑到实际需要，特别设计了图像拼接模块，来完成增大视野的任务。文中设计实验验证系统功能，最终实现该生物医用自动对焦显微成像分析仪的研制。

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第1章 绪 论

1.1课题来源

1.2课题背景及意义

1.3国内外研究现状

1.4本文的主要研究内容

第2章 显微成像系统的设计

2.1显微镜光学原理

2.2自动对焦的基本原理

2.3图像采集系统的设计方案

2.4本章小结

第3章 系统硬件平台设计与搭建

3.1系统设计要求

3.2二维扫描平台设计

3.3对焦机构设计

3.4整体结构布置

3.5运动控制部分

3.6本章小结

第4章 系统对焦算法的研究与优化

4.1对焦评价函数的选择与优化

4.2对焦窗口的确定

4.3最佳对焦位置优化方法

4.4本章小结

第5章 系统的工作流程和软件设计

5.1系统工作流程

5.2系统软件设计与实现

5.3系统实验测试

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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