显微镜自动载物台研制及相关算法研究

摘要

本论文对普通光学显微镜平台进行改造，实现显微镜载物台三维运动的自动控制、自动聚焦、位置重现和对大视场的多目标进行重复观察记录。为实现普通倒置式光学显微镜上的载物台自动控制，加装步进电机，并采用柔性丝杆连接，确保载物台平稳运动。由单片机系统控制步进电机，PC主机通过RS232串行接口与单片机系统通信，使显微镜按照用户设定好的运动规则动作。采用Delphi6.0开发工具，设计了一包含RS232串行通信、图像实时显示、图像捕获、自动聚焦、位置重现等多项功能的显微镜自动载物台测控软件。基于VFW的图像采集方法，对图像采集设备、计算机硬件没有特别限制，具有普遍的适用性。以镜头系统造成图像模糊的原理为基础，对常用的自动聚焦评价函数和搜索策略了进行论述。并以表面粗糙和纹理变化程度不同的观察对象作自动聚焦测试，分析比较聚焦评价函数的性能。最后，对图像拼接的关键技术进行了讨论，介绍基于模板匹配的图像拼接算法，以及基准图自适应选取、多分辨率匹配等改进方法和图像的无缝拼接方法。

目录

文摘

英文文摘

1前言

1.1课题的研究背景及意义

1.2显微镜载物台自动控制及相关图像处理技术的发展

1.2.1显微镜载物台自动控制方法介绍

1.2.2自动聚焦技术发展状况

1.2.3图像拼接国内外研究状况

2显微镜自动载物台硬件设计

2.1系统实现方案

2.2步进电机与载物台的连接机构

2.3步进电机驱动及单片机控制

2.3.1步进电机的驱动

2.3.2步进电机驱动器的控制

2.3单片机与PC机通信接口

2.4 PC机与单片机通讯协议

3显微镜自动载物台软件设计

3.1串行通信模块

3.1.1串行通信相关函数

3.1.2使用流程

3.1.3软件的设计

3.2图像采集模块

3.2.1 AVICap开发简介

3.2.2捕获窗口

3.2.3视频捕获驱动和音频驱动

3.2.4几个重要的结构

3.2.5 VFW视频捕捉的基本步骤

3.2.6基于Delphi的视频捕获程序

3.3自动聚焦模块

3.4系统控制功能介绍

4自动聚焦算法

4.1镜头系统分析

4.2聚焦评价函数

4.2.1能量谱聚焦算子

4.2.2灰度方差算子

4.2.3灰度梯度算子

4.2.4灰度熵算子

4.2.5灰度差平方和算子

4.3聚焦评价函数比较

4.4搜索策略

5图像拼接算法讨论

5.1图像拼接的关键技术

5.2模板匹配方法

5.2.1相关性测度模型

5.2.2基准图的自适应选取

5.2.3基于金字塔数据结构的多分辨率匹配

5.4图像的无缝拼接

结束语

参考文献

攻读硕士期间科研成果简介

论文声明

致谢