SPR微阵列相位检测图像信息采集系统研究

【摘要】：高通量 SPR(表面等离子共振)微阵列检测技术对蛋白质组学研究和高通量药物筛选有重要意义,已成为研究的热点。相位检测是 SPR 传感器中分辨率最高的一种方法,数据采集和处理则是实现其高分辨率的关键之一,其中涉及光电转换、ADC(模数转换)、数据传输和算法。本论文主要研究 SPR 微阵列相位检测图像信息采集系统。首先从理论上分析了基于SPR 相位检测的图像信息获取依据与处理方法,接着设计了基于高分辨率黑白 CCD(电荷耦合器件)传感器的图像信息采集系统,最后通过实验分析了该系统的精度。 当前基于 SPR 微阵列相位检测传感器的数据处理算法主要有相关法、正弦拟合和 FTP(傅立叶变换)等,其分辨率与空间采样频率、采样周期数、ADC 位数有密切的关系。利用数值模拟详细分析了这些参数对分辨率的影响,从而获得了理论最优值,用以指导电路设计。 SPR 微阵列相位检测信息是基于空间调制的波面干涉图像,为了获取高精度的图像信息,通常采用以高分辨率黑白 CCD 为传感器的图像采集系统。该系统的误差来源主要有图像接收器件 CCD 噪声,电路噪声,ADC转换误差等,必须通过合理的电路设计来降低噪声,才能获取高精度图像。同时,图像信息还必须高速传输到计算机,以便进行实时数据处理。基于以上分析,确定了高分辨率黑白 CCD 传感器采集、专用 ADC 对 CCD 模拟信号进行模数转换、USB(通用串行总线)传输的设计方案。 设计并实现了硬件电路和与硬件电路相配套的系列软件,并构成了图像采集试验系统。其中,硬件电路包括 CCD 驱动电路、ADC 转换电路、USB 传输电路、CPLD(复杂可编程逻辑器件)控制电路等;系列软件包括USB 固件控制、驱动程序和测试应用程序等。 利用调试好的图像采集试验系统,获取了图像信息,并通过实验研究着重分析了所采集图像的质量,包括灵敏度、噪声和精度,并且指出了设计不足和进一步工作的努力方向。