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显微镜自动载物台研制及相关算法研究

戴伟明  
【摘要】:离体细胞应力加载培养的生物力学实验中,需要观察、记录细胞在不同时刻、不同大小的静态或动态载荷分布下的生长情况及形态上的变化。由于细胞的培养是较长的过程,观察对象的视场也比较大,利用普通的光学显微镜进行实验观察,对操作人员依赖程度较高,操作繁琐,难以满足对不同位置、不同流场细胞进行长期观察,连续跟踪和高精度的定位的要求。本论文对普通光学显微镜平台进行改造,实现显微镜载物台三维运动的自动控制、自动聚焦、位置重现和对大视场的多目标进行重复观察记录。 为实现普通倒置式光学显微镜上的载物台自动控制,加装步进电机,并采用柔性丝杆连接,确保载物台平稳运动。由单片机系统控制步进电机,PC主机通过RS232串行接口与单片机系统通信,使显微镜按照用户设定好的运动规则动作。 论文采用Delphi6.0开发工具,设计了一包含RS232串行通信、图像实时显示、图像捕获、自动聚焦、位置重现等多项功能的显微镜自动载物台测控软件。基于VFW的图像采集方法,对图像采集设备、计算机硬件没有特别限制,具有普遍的适用性。 以镜头系统造成图像模糊的原理为基础,对常用的自动聚焦评价函数和搜索策略了进行论述。并以表面粗糙和纹理变化程度不同的观察对象作自动聚焦测试,分析比较聚焦评价函数的性能。 最后,对图像拼接的关键技术进行了讨论,介绍基于模板匹配的图像拼接算法,以及基准图自适应选取、多分辨率匹配等改进方法和图像的无缝拼接方


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