基因芯片荧光靶点显微成像自动调焦控制

在基因芯片荧光靶点阵列图像CCD扫描采集系统中,显微成像自动调焦控制是进行芯片杂交信号荧光靶点图像采集的先决条件.在定义图像清晰度评价函数的基础上,通过对实时采集的显微图像进行清晰度评价函数计算,采用基于粗精结合原则的自动调焦控制策略,实现了荧光靶点显微成像自动调焦控制.调焦控制实验表明,该方法显著提高了基因芯片荧光靶点图像聚焦和采集的效率.     

基于图像处理的显微镜自动调焦方法研究

自动调焦技术是提高显微镜测量精度的重要手段,本文介绍了采用图像处理法实现显微镜自动调焦的方法。对图像处理法实现显微镜自动调焦中的两个关键技术进行了详细的讨论：其一是图像清晰度评价函数的选取,文中采用绝对方差函数和修正平方梯度函数分别作为粗精调焦评价函数;另外还针对提高图像信息质量的方法进行了探讨,采用线性拟合与同态滤波方法进行图像处理,为离焦判断提供高质量的图像信号。实验表明,该方法调焦精度达±０．３μｍ 。     

离焦模糊图像清晰度评价函数的分析与改进

传统的基于梯度的图像清晰度评价函数(调焦函数)对噪声敏感,在实际应用中易引入过多的非边缘信息,影响系统的稳定性。本文基于光学成像系统离焦模型分析了系统离焦对图像清晰度的影响,并提出了一种改进的图像清晰度评价方法。该方法利用最大灰度差提取细节信息来评价图像清晰度;引入阈值区分边缘点和非边缘点来减小图像平坦区域对评价函数灵敏度的影响,同时有效抑制噪声的干扰。进行了仿真实验和实际测试并与传统的清晰度评价函数进行了比较。结果显示,提出的方法具有更好的灵敏度和抗噪性能,能够准确而稳定地评价离焦模糊图像的清晰度,可用于实际光学系统的自动调焦。     

基于小波变换的显微图像清晰度评价函数及3-D自动调焦技术

提出了基于小波变换的图像清晰度评价函数。采用大NA(数值孔径)和小NA的显微图像序列,比较分析了本文提出的评价函数和经典的归一化方差函数、熵函数、能量拉普拉斯函数以及另外两种基于小波变换评价函数的清晰度评价性能。同时采用带有标准偏差为25的高斯噪声显微图像序列,比较了这五种评价函数的抗噪能力。实验结果表明:提出的评价函数具有最高的聚焦精度和聚焦分辨率,且具有与抗噪能力最强的归一化方差函数相当的抗噪能力。提出了基于区域选择的自动聚焦方法,实现了处于不同深度的微操作对象的3-D自动聚焦。该评价函数和区域选择聚焦技术可以用于高精度的自动微操作作业中。进一步说明自动调焦是实现自动化微操作的关键技术,而其核心是清晰度评价函数的选取或构建。     

基于动态因子自适应搜索算法的自动调焦研究

为提高自动调焦的性能,采取动态因子自适应搜索算法。首先,建立分辨率逐步递减的调焦窗口,以减少非聚焦区域对调焦评价函数计算的影响;其次,通过动态调焦因子方法修正目标变化对清晰度评价函数的影响;最后,通过适应变步长爬山算法结合清晰度评价函数搜索聚焦点,提高搜索速度和调焦精度。试验仿真显示,本文提出的算法获得的图像清晰,其性能受噪声影响小,可满足自动调焦中对稳定性、实时性和清晰度的要求。     

基于OMAP的数字调焦控制系统的实现

在基于图像的自动调焦技术中，图像清晰度评价函数起着关键的作用，它不仅决定了整个系统最终完成自动调焦的有效性，而且它的算法决定了硬件系统的实时性。整个系统利用能量梯度函数对数字图像进行实时的处理，根据计算的结果找出最清晰的图像，并在开放式多媒体应用平台上实现。     

基于图像梯度差值算法的自动快速调焦

为了提高自动调焦技术的测量精度,采用图像梯度差值算法。首先建立调焦窗口,高斯型非均匀采样函数使远离中心区域的分辨率降低,接着增设阈值改进黄金分割的调焦搜索,最后在梯度差值中对图像的一个像素以及其周围的八相邻像素进行考虑。构造像素的最大灰度梯度和最小灰度梯度,孤立噪声点减弱评价函数的影响,使图像边缘点近似等于最大像素灰度梯度值的平方。实验仿真显示系统自动调焦精度达±0.1μm,满足测量系统对精度、稳定性和实时性上的要求。     

数字共焦显微仪序列光学切片自动采集方法研究

提出一种基于图像处理的数字共焦显微仪序列光学切片自动采集方法。方法分两个步骤:第一步是对细胞进行自动聚焦;第二步是细胞的起始点自动调焦定位及进行光学切片。方法采用清晰度评价函数作为判别标准,将灰度差分算法与拉普拉斯函数法相结合,通过计算机实现两个步骤的自适应调焦控制,进而实现光学切片的自动采集。实验结果表明,方法有较高的自动聚焦和细胞起始点定位的速度和准确性,对三维球形细胞序列光学切片图像采集,简单易行,效果良好。     

角膜地形图仪中调焦函数的选取及搜索方法

选取适合角膜地形图仪的调焦函数并设计搜索方法。基于角膜地形图仪的图像拍摄要求及调焦系统原理,采用八种调焦评价函数对实验图像进行处理,对比分析不同调焦函数的单峰性、一致性、灵敏度、计算速度等指标。结果显示:除了Variance函数的单峰性较差,其他七种函数都有良好的单峰性、一致性和计算速度,而Laplacian函数灵敏度最高,有效测量范围小,适合精确调焦;NRSS函数灵敏度低,有效测量范围大,适合粗调焦。基于所选取的调焦评价函数,针对角膜地形图仪调焦系统,设计了一种基于阈值判别条件的搜索方法,确定其调焦阈值,并通过实验验证该方案的有效性。     

基于图像清晰度评价的跟踪望远镜自动调焦算法研究

为了减小跟踪望远镜调焦时间,分析了自动调焦的光学原理及数字图像处理相关技术,提出一种适合跟踪望远镜的实时自动调焦算法。该算法基于对图像清晰度的评价,通过步进电机驱动次镜移动来搜索最佳成像位置,并且综合了全局搜索法与传统爬山法的优点。在实验中,完成了对远处静态目标自动对焦,有效地避免了局部峰值导致的对焦失败,在保证系统调焦精度的前提下使对焦速度小于3s。     

机器视觉精密测量中的显微光学聚焦

考虑显微光学涉及的聚焦精度对机器视觉精密测量效果的影响,开展了显微视觉环境下对图像聚焦技术综合定量评价的研究。建立了偏移率等系列性能指标,对13组清晰度函数在显微视觉条件下的无偏性、单峰性、分辨力等进行了综合评价,优选出方差函数和Brenner函数分别用于粗聚焦和精聚焦阶段的清晰度计算。建立了分步爬山搜索法,实现了显微自动聚焦。与传统爬山法相比,提出的方法聚焦时间显著缩短,重复精度提高约24%。将建立的自动聚焦与图像测量方法应用于某电液伺服阀衔铁气隙测量中,得到的测量均值与工具显微镜结果相近,而测量标准差可达1.9μm,测量效率也显著提高。最后对伺服阀加电条件下的气隙动力学特性进行了测试,获得了驱动电流-衔铁气隙之间的关系,为在线装配/装调提供了重要依据。     

基于最大灰度梯度的经纬仪自动调焦技术

本文提出了一种基于最大灰度梯度的经纬仪自动对焦方法,以CMOS相机为图像传感器,用计算机进行数据处理并控制驱动电路来调整相机镜头的位置,从而达到自动调焦的目的。系统首先选择包含主体成像目标的最小区域作为对焦选择区域,不仅有效地节省了系统对图像的处理时间,而且极大地减小了复杂背景对精确调焦的干扰,提高了调焦准确率;其次对边缘上任意可能的梯度方向都求出它的梯度,比较后得到每个边缘点的最大梯度,最后采用最大灰度梯度作为系统的自动聚焦判距。试验结果表明：本文调焦算法具有单峰性强、无偏性好、灵敏度高、稳定性好等特点,系统的对焦分辨率在0.01－0.02 mm范围之内,完全能够满足经纬仪第一像面焦深的调焦要求,并具有可实时性操作的优点,具有较好的应用前景及推广价值。     

嵌入式自动聚焦摄像模组控制系统的设计

针对手机等移动终端设备中的摄像模组,提出了一种嵌入式自动聚焦控制系统。该系统以AD5820作为聚焦电机的驱动IC,以OV5642作为图像传感器,利用68013单片机进行数据处理并控制驱动IC调整镜头的位置,完成准确自动聚焦。系统通过控制音圈电机带动镜头行程变位,获取一系列图像;计算每幅图像清晰度评价值构成清晰度评价曲线;采用梯度函数作为图像清晰度评价标准;并用全程搜索的方式找到图像清晰度最大值时镜头的位置,从而达到聚焦的目的。实验验证显示,系统的聚焦分辨率能达到5～10μm,响应速度小于70ms。自动聚焦实物拍摄图像清晰,能够很好地满足摄像模组自动聚焦的需求。     

采用最大灰度梯度法实现经纬仪自动调焦控制

提出了一种基于最大灰度梯度的经纬仪自动对焦方法,以CMOS相机为图像传感器,用计算机进行数据处理并控制驱动电路调整相机镜头的位置来实现自动调焦.首先,选择包含主体成像目标的最小区域作为对焦选择区域,不仅有效地节省了系统处理图像的时间,而且极大地减小了复杂背景对精确调焦的干扰,提高了调焦准确率;其次,求出边缘上任意可能梯度方向的梯度,比较后得到每个边缘点的最大梯度;最后,采用最大灰度梯度作为系统的自动聚焦判距.实验结果表明,系统的调焦分辨率为0.01～0.02 mm,能够满足经纬仪第一像面焦深的调焦要求.该调焦算法具有单峰性强、无偏性好、灵敏度高、稳定性好以及可实时性操作等特点.     

广角天文望远镜的自动调焦

介绍了一种基于步进电机(无位置检测传感器)和像质反馈的广角天文望远镜自动调焦系统,该系统由步进电机位置开环控制系统和图像清晰度评价系统组成。基于天文图像的特点,提出利用天体点源星像的半高全宽(FWHM)作为图像清晰度的评价参数;为了提高系统精度,对定位控制系统进行了误差分析;测定了调焦当量、光学焦深、系统回差、步进脉冲当量等系统关键机构参数,进而高精度地修正了系统定位误差;分析和测定了温度变化和像质变化的相关性,明确了调焦方向和温度变化之间的定性关系;设计了焦深边缘定位策略,实现了快速调焦。该系统具有"容错"和"自学习"功能,具有较高的自动化和智能化程度。将系统设计应用于SVOM天文卫星地基广角相机阵[1-2](GWAC),实际测试和天文观测表明,调焦系统的定位精度为±3.0μm,调焦精度为0.05pixel,且一次调焦过程即可获得最佳像质,调焦效率较高,系统运行也很稳定,基本满足天文观测的需求。     

GPT-1型光栅偏心调整检验仪

从光栅副形成莫尔条纹的特性方程出发 ,分析了对电子经纬仪的光栅副偏心调整的四种方法 :莫尔条纹调整法、漏缝调整法、基圆调整法和基于李萨茹圆的电调整法。根据实际情况 ,确定了对光栅偏心调整采用基于 CCD图像系统的基圆调整法进行粗调 ,和基于虚拟数字示波器的精调法相结合的方案 ,采用曲线拟合和相关法 ,计算出光栅偏心的大小与方位 ,并给出了光栅偏心与轴晃的关系 ,介绍了 GPT- 1型光栅偏心调整检验仪的组成和功能 ,最后给出了仪器的调整检验结果。实践表明 ,GPT- 1型光栅偏心调整检验仪为电子经玮仪的装配、光栅偏心调整和偏心检验起到了重要的指导作用 ,大大地提高了生产效率     

自整角机系统精粗通道的软件合成算法

针对某位置随动控制系统中位置角检测的问题,对位置检测通道中的主要元器件和精粗通道位置角度合成软件进行了研究和分析。在实际随动控制系统的位置反馈检测中,使用了SDC17xx自整角机转换器和型号为MSP320LF2407的DSP芯片,建立了DSP与自整角机转换器之间的电路接口关系;采用了精粗通道位置角合成方式,在对自整角机精粗通道传统理论公式进行分析总结基础上,提出了新的精粗通道位置角合成经验公式代替理论公式,消除了精粗通道位置角合成理论公式出现的误差。通过DSP对数据实时采集,并对采集的数字信号采用经验公式进行精粗合成,最终实现了位置信号的精确检测。研究结果表明,用简易的经验公式,采用软件计算代替复杂的硬件设计,节省了成本,提高了产品的可靠性。     

一种变物距的自动对焦方法

针对像距无法改变的特定环境,提出了一种变物距的自动对焦方法。首先通过设置标志矩形,采用SUSAN算法中的角点获取算法,取得对焦窗口;其次建立对焦窗口转换函数,使不同物距下的对焦窗口包括相同的成像信息;最后使用能量梯度对焦评价函数,取得最佳对焦位置。实验表明,该系统适用于像距无法改变的环境,并且具有良好的自动对焦精度、速度以及鲁棒性。     

Automatic seamless mosaicing of microscopic images: enhancing appearance with colour degradation compensation and wavelet-based blending

In order to observe the fine details of biomedical specimens, various kinds of high-magnification microscopes are used. However, they suffer from a limited field of view when visualizing highly magnified specimens. Image mosaicing techniques are necessary to integrate two or more partially overlapping images into one and make the whole specimen visible. In this study, we propose a new system that automatically creates panoramic images by mosaicing all the microscopic images acquired from a specimen. Not only does it effectively compensate for the congenital narrowness in microscopic views, but it also results in the mosaiced image containing as little distortion with respect to the originals as possible. The system consists of four main steps: (1) feature point extraction using multiscale wavelet analysis, (2) image matching based on feature points or by projection profile alignment, (3) colour difference adjustment and optical degradation compensation with a Gaussian-like model and (4) wavelet-based image blending. In addition to providing a precise alignment, the proposed system also takes into account the colour deviations and degradation in image mosaicing. The visible seam lines are eliminated after image blending. The experimental results show that the system performs well on differently stained image sequences and is effective on acquired images with large colour variations and degradation. It is expected to be a practical tool for microscopic image mosaicing.