顯微鏡用數(shù)碼相機(jī)硬件結(jié)構(gòu)及其視頻流算法實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用.pdf

1、顯微鏡是研究和改造微觀世界的一種非常重要的工具。傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡具有使用易疲勞、觀測(cè)結(jié)果主觀性強(qiáng)、不適于大規(guī)模無人值守作業(yè)以及功能單一等缺點(diǎn)。針對(duì)光學(xué)顯微鏡存在的這些問題，課題設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了多種功能、多種分辨率的CCD和CMOS數(shù)碼相機(jī)，給出了完整的硬件同軟件解決方案，將光學(xué)顯微鏡數(shù)碼化。并在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了顯微鏡自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)與多焦圖像融合系統(tǒng)，大大的擴(kuò)展了顯微鏡的應(yīng)用范圍。
　　 在數(shù)碼相機(jī)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，本文按照自下向上的

2、順序，從圖像傳感器的選型、視頻數(shù)據(jù)采集方案同視頻流傳輸方案三方面入手，提出了數(shù)碼相機(jī)硬件多重配置的概念。通過精心的設(shè)計(jì)，完整的實(shí)現(xiàn)了同一套硬件支持多款圖像傳感器芯片的解決方案。通過長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行以及專項(xiàng)測(cè)試，證明課題所設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的數(shù)碼相機(jī)電路系統(tǒng)具有低功耗、低發(fā)熱、低噪聲和高穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)。
　　 在數(shù)碼相機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。本文從軟件系統(tǒng)的可復(fù)用性與用戶體驗(yàn)的軟件系統(tǒng)終極目標(biāo)出發(fā)，分析了系統(tǒng)的核心功能與可擴(kuò)充性要求，給出了軟件系統(tǒng)架構(gòu)

3、。然后分別從驅(qū)動(dòng)程序、底層處理算法程序庫(kù)、多媒體支持框架下的相機(jī)插件程序設(shè)計(jì)以及軟件主框架等軟件模塊入手，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)數(shù)碼相機(jī)軟件系統(tǒng)。其中底層的視頻流處理管道算法，包含了多個(gè)理論與實(shí)用創(chuàng)新。無論從軟件系統(tǒng)架構(gòu)、程序運(yùn)行效率以及用戶體驗(yàn)方面，本文所設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的軟件系統(tǒng)均已超過國(guó)內(nèi)外同類軟件。
　　 為了擴(kuò)展數(shù)碼相機(jī)的應(yīng)用范圍，使其成為一個(gè)智能化的光學(xué)儀器，本文基于所設(shè)計(jì)數(shù)碼相機(jī)實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)實(shí)用系統(tǒng)：顯微鏡自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)以及顯微多聚焦圖像

4、融合系統(tǒng)。針對(duì)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)的對(duì)焦速度和準(zhǔn)確度要求，本文首次提出了二分法+均方差粗調(diào)與Fibbonacci法+拉普拉斯算子細(xì)調(diào)兩步對(duì)焦法，配合精心設(shè)計(jì)的電路與機(jī)械結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了快速、穩(wěn)定的顯微鏡自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)。在自動(dòng)對(duì)焦硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，本文進(jìn)一步開創(chuàng)性的設(shè)計(jì)了頻域?yàn)V波與空域綜合的多聚焦圖像融合算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明。無論從視覺評(píng)價(jià)、質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)方面，該算法均表現(xiàn)良好。該算法應(yīng)用簡(jiǎn)單，具有根據(jù)實(shí)際使用自行調(diào)節(jié)的自適應(yīng)算法參數(shù)，并且對(duì)噪聲和未配準(zhǔn)情況