一种全自动显微镜快速聚焦方法

自动聚焦技术是全自动控制显微镜系统的核心部分,主要解决的问题是如何提高聚焦的精度和速度,其中聚焦评价函数用来衡量图像是否聚焦。通过对几种聚焦评价函数的仿真实验对比分析,以及结合实际工程应用,提出一种直接截取图像的视频信号进行实时处理的聚焦方法,并对其中的关键技术分析、实验。实验表明:该方法提高了聚焦的精度和速度,并且它已成功应用于显微镜自动调焦系统中。     

自动聚焦技术在刀具测量仪器中的应用

在光学测量仪器中,如何提高聚焦精度是非常重要的。本文针对刀具几何参数测量仪,设计了自动聚焦系统。提出了以步进电机驱动显微镜移动,结合图像处理技术来实现自动聚焦的方法。通过对比实验,选择了图像的灰度梯度向量模方和算子作为图像是否聚焦的评价函数,以及给出了登山式自动聚焦策略。最后对该系统做了重复性聚焦实验,证明上述方法可以提高系统的聚焦精度。     

结核杆菌涂片显微视觉检测系统的自动聚焦

结核杆菌医学涂片大多具有观察区内容稀疏不均匀、杂质较多的特点,使用自动显微镜检方法进行图像采集时,会出现清晰度区分困难、效率低下、甚至聚焦评价失效的问题,为提高自动镜检的效率和准确度,本文自主搭建了显微视觉计算机自动检测系统,对结核杆菌涂片的自动聚焦技术进行系统的研究。首先,对比研究11种常用聚焦函数对结核杆菌镜检玻片图像聚焦评价的优劣,并分析了聚焦成功和失效的原因。在综合分析各聚焦函数对结核杆菌涂片的聚焦效果基础上,提出了一种基于Tenengrad的改进型聚焦评价函数,通过改进内容像素的聚焦权重提高聚焦准确度,优化图像处理算法来提高图像采集效率。实验结果表明:改进型Tenengrad聚焦函数FTen-Q在结核杆菌涂片的各类视野图像评价方面具有高灵敏度和准确度,其聚焦成功率和运算效率分别提高了13.884%和17.616%,可以满足结核杆菌涂片类非均匀涂片的显微视觉自动检测应用要求。     

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。     

基于照度优化的自动聚焦技术研究

本文讨论了显微视觉研究中照明强度对自动聚焦的影响问题。开发了照明自动调控系统,为显微视觉照明问题的研究提供了物质前提。首先,利用快速傅立叶变换对离焦图像序列以及不同照明强度图像序列进行频谱分析,证明照明强度条件对图像高频能量影响显著;然后,提出了对图像特征高频能量有效度量的评价函数;最后通过自动聚焦实验,证明照明强度对于聚焦曲线的特性产生很大影响,同时,经照度优化后的自动聚焦具有更高的聚焦精度。     

简单图像的快速聚焦

为了有效地实现简单图像的快速高精度自动聚焦,提出了一种新的快速聚焦算法。首先在相机进行调焦时自动获取系列零件图像,并记录各图像对应的位置;然后计算每张图像中目标边缘的灰度变化跨度值,从中找到跨度值最小的图像,即为最清晰图像;最后把其所在位置反馈给硬件驱动系统,实现自动聚焦。用新算法分别对不同形状和不同材料的零件,在添加椒盐噪声和没有添加噪声的情况下进行实验,并与计算量小的几种经典最优聚焦函数做了对比试验。结果表明,用新算法对简单图像进行聚焦比常用的最优聚焦函数更敏锐,单峰性更好,抗噪能力更强,而且速度比最快的绝对梯度函数快30%以上。因此,新算法在拍摄简单场景时,鲁棒性好,可以更好地实现快速聚焦。     

视线跟踪系统中CCD摄像机的自适应调节

分析了视线跟踪系统中光源、摄像机、眼睛角膜及光斑的几何位置关系,提出了眼睛跟踪策略和一种调光、变焦、聚焦相结合的CCD物镜自动调节方法。对捕获图像进行处理,依据图像灰度均值控制光圈,以适应外部环境光强变化;利用SMD算子大步幅快速粗聚焦,提取图像中光斑信息控制云台瞄准、跟踪眼睛,并进行变焦控制,可在用户头肩图像中自动定位眼睛,适应用户头部位置变化;在眼睛区域自动确定检测窗,在检测窗内使用FSWM聚焦算子判断图像清晰度,实现自动聚焦。若图像中能提取瞳孔信息,则依据瞳孔边缘梯度均值实时调整聚焦。实验表明,在不同外部环境光强及用户在不同使用位置情况下,CCD摄像机通过自适应调节,可实时跟踪眼睛并捕获到清晰眼睛图像。     

基于CPLD的高分辨力视频展台快速自动聚焦方法及实现

文中设计了一种基于复杂可编程逻辑器件(CPLD)和专用视频处理芯片的高分辨力快速自动聚焦视频展台。把显微镜的快速自动聚焦算法应用在教学视频展台上,具有实现简单、精度高、聚焦快等特点,利用CPLD编程的灵活性的特点进行设计,加快了数据处理的速度,节约了硬件上的成本。实验表明,该系统聚焦速度快、精度高、图像效果较好。     

光学显微镜自动聚焦的技术研究

在对普通光学显微镜进行一定改装的基础之上 ,设计了一套显微镜自动聚焦系统 ,并且给出了图像的灰度差分绝对值之和算子 ,解决了自动聚焦过程中是否正确聚焦的判断问题。最后还给出了一套基于启发式搜索算法的聚焦搜索策略 ,以加快焦平面的搜索。     

基于定量评价准则的凝胶图像清晰度评价研究

针对前人提出的图像清晰度评价方法的定性评价准则具有主观性、模糊性等不足,给出了数学化的定量评价准则.依据此准则,结合凝胶生物图像的独特性,合理选取某些图像清晰度评价方法,通过实验对比分析各种方法的评价性能.基于微软基础类(MFC)和凝胶成像设备的实验结果表明,定量评价准则在保持与定性评价准则结果一致性之外,更具客观性和准确性,并得出灰度平方差分评价方法在凝胶成像自动聚焦系统的实现中表现出最优的聚焦指导性能.     

轻武器光学瞄具的视差参数测试

在对传统的视差测量方法进行充分研究的基础上,提出了基于自动调焦技术的轻武器光学瞄具的视差参数测试方法。介绍了自动调焦技术的工作原理及其系统组成框图;根据轻武器瞄具性能指标的具体要求,结合自动调焦技术设计了一套轻武器瞄具的视差参数测试系统,并介绍了被测瞄具放入该测试系统前后的自动调焦过程;最终通过求取视度之差得到视差。根据轻武器瞄具光学系统的实际测试要求进行了5次测试实验,并对这5次实验数据进行了分析。结果表明:视差测试精度为0.0296m-1,达到了轻武器光学瞄具技术指标0.1m-1的要求,保证了测量精度。     

高级显微镜智能化自动调焦系统的研究及实现

在介绍与分析了国内外电子调焦系统的技术发展与现状的基础上 ,提出了一种基于 SSPD(自扫描光电二极管列阵 )与 80 98单片微处理器自动调焦的整体技术方案 ,给出了基于图像高频成分统计的聚焦判识算法 ,在此基础上实现了反射式与透射式光学显微镜的自动调焦 ,同时对系统的可靠性有关的其它相关问题如光源稳定性、步进电机驱动等问题也进行了讨论     

推扫式高光谱相机自动调焦方法(中国光学工程学会推荐稿件)

自动调焦方法已广泛得应用到各种光学仪器中。为了解决推扫式高光谱相机自动调焦问题,提出了一种利用基于四元数小波变换的光谱质量评价函数估计相机焦距的方法。该方法首先将推扫线上单行光谱数据顺序排列成一个二维矩阵,利用四元数小波变换对光谱像元矩阵进行分解得到低频和高频四个子带。通过对低频和高频的幅值和相位信息构造光谱质量评价函数,指导相机自动调焦。调焦过程中,利用自动调焦机构按一定步长旋转镜头,计算不同离焦状态下的光谱质量指标值,拟合光谱质量指标值与镜头伸缩量之间的高斯分布函数,最终估算最佳调焦量。实验表明,提出的光谱质量评价函数灵敏度高、准确度强。该调焦方法仅利用单行光谱数据进行调焦,调焦准确。     

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。     

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。     

SEM自动聚焦系统设计

扫描电子显微镜（SEM）是用于观测微观世界的工具。扫描图像系统的聚焦好坏直接影响了观测的结果。反复的人为操作不仅使操作者疲惫,更会带来主观的误差。本系统依靠FEI公司提供的接口函数（API）采集样品的图像,利用DCT变换对图像进行频域性质分析,设计出图像清晰度评价函数,并且使用爬山算法搜索出最佳聚焦物镜电流,成功设计出高精度、鲁棒性高的自动调焦软件,实现了调焦的自动化。     

A novel smooth impact drive mechanism actuation method with dual-slider for a compact zoom lens system

In this paper, a novel actuation method for a smooth impact drive mechanism that positions dual-slider by a single piezo-element is introduced and applied to a compact zoom lens system. A mode chart that determines the state of the slider at the expansion or shrinkage periods of the piezo-element is presented, and the design guide of a driving input profile is proposed. The motion of dual-slider holding lenses is analyzed at each mode, and proper modes for zoom functions are selected for the purpose of positioning two lenses. Because the proposed actuation method allows independent movement of two lenses by a single piezo-element, the zoom lens system can be designed to be compact. For a feasibility test, a lens system composed of an afocal zoom system and a focusing lens was developed, and the passive auto-focus method was implemented.     

一种改进型灰度差分聚焦算法研究与实现

为解决显微图像采集中聚焦的准确性和快速性,设计并实现了一种包括图像采集端、图像处理算法实现模块、OSD菜单实现模块、系统控制模块和HDMI输出模块等硬件采集系统。结合实际应用和现有的图像处理算法,提出了适合数字显微图像的图像预处理自动聚焦算法,在灰度差分绝对值之和函数的基础上增加了对周围点的判断,提高了算法的精确度。实验结果表明,通过对切片图像在显微镜物镜10倍、40倍、100倍下采集到的离、聚焦图像以及聚焦曲线呈现单峰性,无偏性等特点,能实现良好的聚焦能力。