基于机器视觉的非接触式微阵列点样仪液滴控制系统研究

摘要

生物微阵列芯片在精准医疗、食品安全、环境检测等诸多领域有着广泛的用途，而制备生物微阵列芯片的主要设备就是点样仪。针对现有非接触式点样仪在微阵列芯片制备过程中存在的液滴阵列倾斜、液滴形态稳定性较差等问题，本文提出了一种基于机器视觉的非接触式微阵列点样仪液滴控制系统，对点样过程进行在线控制，主要研究内容如下: (1)根据系统的功能需求，规划了点样仪的总体构型，设计了硬件平台，包括主控制器模块、液滴喷发控制模块、液滴位置控制模块以及液滴监测模块等。 (2)软件控制系统采用上位机、下位机两层结构，上位机PC使用LabVIEW软件设计系统人机交互界面，采用LabVIEW和MATLAB混合编程的方法，在MATLAB中对采集到的图像进行后续处理和识别，监测液滴形态;下位机STM32使用Keil MDKμVision5开发底层控制程序。 (3)研究监测液滴位置和形体的图像识别算法，包括图像的预处理、目标分割、特征提取，以及基于形心检测的微阵列液滴倾斜监测算法和基于BP神经网络的微阵列液滴稳定性监测算法。 (4)制作了点样仪样机，对控制系统进行了相关实验，结果表明，样机能及时发现在微阵列芯片制备过程中不符合标准的芯片，并停止点样，避免珍贵生物试剂不必要的浪费。 将机器视觉技术应用于点样过程的在线控制，对于提高微阵列芯片批量生产时的质量、效率以及改善点样仪的稳定性、自动化程度具有重要意义。