基于倾斜像面的预对焦及连续线扫成像系统的关键技术研究

摘要

数字病理切片扫描成像系统是临床病理检测、新药研发、生命科学探索、生物工程与植物生态监测等应用领域在微观层次研究的重要硬件基础。目前商用设备由于对焦原理采用传统被动对焦方式，导致实现病理切片扫描成像过程中，载物台及Z轴对焦装置需多次启停切换对焦及成像位置，且对焦精度较差，无法满足现代医学、生物学大批量切片的需求。本研究基于上述问题，提出了基于倾斜像面的预对焦连续线扫成像技术和宏微双驱动技术，研究了以上技术在实现切片扫描成像过程中“边扫描边成像”的效果的关键技术。
　　本论文详述了基于倾斜像面的预对焦及连续线扫描成像系统的系统构成和工作原理，对核心的高分辨率大像场成像光路和大量程高分辨率自动对焦光路进行了设计和参数优化，并使用Zemax仿真软件验证了两个主要镜筒透镜的分辨率等重要参考指标。为实现系统预对焦的功能，本论文提出了基于人眼视觉特性的小波分解清晰度评价函数，实验表明该方法的综合评价指标相对于常见图像清晰度评价函数有明显优势；设计了基于一致性矢量的多窗口选择算法，可以避免对焦窗口定位于切片污染物处，干扰对焦的准确性。本论文还分别对由步进电机驱动，齿轮减速器、丝杠螺母副两级传动的宏动系统和压电陶瓷驱动的微动系统进行了数学建模和系统辨识，采用基于BP网络PID的控制方法控制微动系统，并针对宏微双驱动系统的宏动系统进行了PI补偿，从而提高了宏微驱动系统的控制精度。文章最后介绍了倾斜像面的预对焦及连续线扫描成像系统的硬件和软件设计，对上位机软件功能模块进行了设计和编写。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 多平面同时成像技术概述

1.3 对焦深度法自动对焦原理

1.4 宏微驱动控制系统概述

1.4 章节安排

第二章 基于倾斜像面的预对焦及连续线描成像系统的光学设计

2.1 引言

2.2 基于倾斜像面的动态预对焦成像光路设计和仿真分析

2.3 本章总结

第三章 基于倾斜像面的预对焦的算法实现

3.1 引言

3.2 基于人眼视觉特性的图像清晰度评价函数

3.3 预对焦离焦量检测算法中调焦窗口的选择

3.4 本章总结

第四章 预对焦宏微双驱动控制定位技术

4.1 引言

4.2 宏动系统数学建模

4.3 压电陶瓷驱动的微动系统建模及控制器设计

4.4 带有宏动定位补偿的BP神经网络PID宏微双驱动控制器设计

4.5 本章总结

第五章 系统整体设计与实现

5.1 预对焦及扫描成像系统整体架构

5.2 系统硬件

5.3 系统整体软件设计

5.4 系统的整体实现

5.5 本章总结

第六章 总结与展望

6.1 研究总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的学术成果

攻读学位期间参与项目