面向復(fù)雜作業(yè)的微操作機(jī)器人系統(tǒng)視覺反饋與定位研究.pdf

1、微操作機(jī)器人是機(jī)器人技術(shù)向微細(xì)操作領(lǐng)域的延伸,它使微操作從繁復(fù)的手工操作中解放出來。隨著微操作技術(shù)的發(fā)展和微觀研究的深入,多目標(biāo)操作和批量目標(biāo)操作已逐漸成為微操作的研究重點(diǎn)。針對(duì)批量目標(biāo)微操作存在的問題,本文將復(fù)雜作業(yè)的概念引入微操作領(lǐng)域,在原有面向生物工程的微操作機(jī)器人基礎(chǔ)上,針對(duì)微操作復(fù)雜作業(yè)所需要的視覺反饋與定位問題進(jìn)行了深入的研究。本文工作主要包括以下幾個(gè)方面:
　　 顯微鏡狹小的視野范圍給微操作復(fù)雜作業(yè)造成了諸多不便,

2、是制約大范圍微操作的主要因素,為此,本文提出了一種基于圖像拼接的顯微視野拓展方法。該方法結(jié)合基于區(qū)域和基于特征兩類圖像拼接方法,在保證拼接精度的前提下,可在線完成視野拓展。同時(shí),本文借助不同放大倍數(shù)的顯微鏡物鏡,建立分層遞階的體系結(jié)構(gòu),最終在線構(gòu)建了具有厘米級(jí)范圍、亞微米分辨率的全局視野,為微操作復(fù)雜作業(yè)提供了廣闊的視覺反饋。
　　 在分析顯微成像特征和顯微成像模型的基礎(chǔ)上,提出了一種適用于模糊顯微圖像的半盲圖像復(fù)原方法。該方法

3、將成像系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)建模為二維高斯函數(shù),并將Canny邊緣檢測引入圖像復(fù)原領(lǐng)域,最終實(shí)現(xiàn)了模糊顯微圖像的復(fù)原,為微操作復(fù)雜作業(yè)提供了清晰的視覺反饋。
　　 在現(xiàn)有目標(biāo)定位方法基礎(chǔ)上,提出了批量目標(biāo)分層全局定位方法。該方法基于分層策略,將全局視野分塊處理,有效縮短了目標(biāo)定位的總體時(shí)間;同時(shí),分層信息也可用于簡化屬NP完全問題的目標(biāo)排序問題,由此完成了微操作復(fù)雜作業(yè)的準(zhǔn)備工作。針對(duì)批量生物目標(biāo)微操作中特有的目標(biāo)重定位問題,還提出了

4、一種目標(biāo)組重定位方法。該方法基于鄰近目標(biāo)構(gòu)型,可在批量目標(biāo)多次顯微觀察中找到同一目標(biāo),為進(jìn)一步批量生物目標(biāo)微操作的成功率與致死率的定量統(tǒng)計(jì)打下了基礎(chǔ)。
　　 顯微鏡視野狹小表現(xiàn)在光軸方向就是景深小:只能在很小范圍內(nèi)成清晰的像,而離焦面只能得到模糊的顯微圖像。若以離焦顯微圖像作為視覺反饋,手工方式將無法完成微操作。但這種離焦顯微圖像本質(zhì)上是一種“有規(guī)律”的模糊,只要理解人眼無法讀懂之“規(guī)律”,便可解決微操作工具在離焦?fàn)顟B(tài)下的定位問

5、題,微操作機(jī)器人系統(tǒng)在這種狀態(tài)下的操作也成為了可能。本文在分析顯微鏡物鏡成像原理的基礎(chǔ)上,提出了一種基于離焦光學(xué)傳遞函數(shù)的深度方向定位方法。該方法在顯微成像模型中加入了透鏡參數(shù)與衍射效應(yīng)的影響,具有較高的定位精度和較好的線性度。該方法實(shí)現(xiàn)了微操作工具的在線定位,可應(yīng)用于高精度微操作復(fù)雜作業(yè)。
　　 最后,結(jié)合當(dāng)前基因工程領(lǐng)域的前沿問題,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了針對(duì)批量生物目標(biāo)的顯微圖像平面視野拓展與定位實(shí)驗(yàn)和基于離焦顯微圖像反饋的深度方向定