顯微鏡用數(shù)碼相機硬件結(jié)構(gòu)及其視頻流算法實現(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)的光學顯微鏡具有使用易疲勞、觀測結(jié)果主觀性強、不適于大規(guī)模無人值守作業(yè)以及功能單一等缺點。針對光學顯微鏡存在的這些問題，課題設(shè)計并實現(xiàn)了多種功能、多種分辨率的CCD和CMOS數(shù)碼相機，給出了完整的硬件同軟件解決方案，將光學顯微鏡數(shù)碼化。并在此基礎(chǔ)上，設(shè)計實現(xiàn)了顯微鏡自動對焦系統(tǒng)與多焦圖像融合系統(tǒng)，大大的擴展了顯微鏡的應(yīng)用范圍。
　　 在數(shù)碼相機硬件系統(tǒng)設(shè)計中，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)碼相機硬件多重配置的概念。通過精心的設(shè)計，完整的實現(xiàn)了同一套硬件支持多款圖像傳感器芯片的解決方案。通過長時間的運行以及專項測試，證明課題所設(shè)計實現(xiàn)的數(shù)碼相機電路系統(tǒng)具有低功耗、低發(fā)熱、低噪聲和高穩(wěn)定性的優(yōu)點。
　　 在數(shù)碼相機軟件系統(tǒng)設(shè)計中。本文從軟件系統(tǒng)的可復用性與用戶體驗的軟件系統(tǒng)終極目標出發(fā)，分析了系統(tǒng)的核心功能與可擴充性要求，給出了軟件系統(tǒng)架構(gòu)

3、。然后分別從驅(qū)動程序、底層處理算法程序庫、多媒體支持框架下的相機插件程序設(shè)計以及軟件主框架等軟件模塊入手，實現(xiàn)了整個數(shù)碼相機軟件系統(tǒng)。其中底層的視頻流處理管道算法，包含了多個理論與實用創(chuàng)新。無論從軟件系統(tǒng)架構(gòu)、程序運行效率以及用戶體驗方面，本文所設(shè)計實現(xiàn)的軟件系統(tǒng)均已超過國內(nèi)外同類軟件。
　　 為了擴展數(shù)碼相機的應(yīng)用范圍，使其成為一個智能化的光學儀器，本文基于所設(shè)計數(shù)碼相機實現(xiàn)了兩個實用系統(tǒng)：顯微鏡自動對焦系統(tǒng)以及顯微多聚焦圖像

4、融合系統(tǒng)。針對自動對焦系統(tǒng)的對焦速度和準確度要求，本文首次提出了二分法+均方差粗調(diào)與Fibbonacci法+拉普拉斯算子細調(diào)兩步對焦法，配合精心設(shè)計的電路與機械結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了快速、穩(wěn)定的顯微鏡自動對焦系統(tǒng)。在自動對焦硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，本文進一步開創(chuàng)性的設(shè)計了頻域濾波與空域綜合的多聚焦圖像融合算法。實驗結(jié)果證明。無論從視覺評價、質(zhì)量評價指數(shù)方面，該算法均表現(xiàn)良好。該算法應(yīng)用簡單，具有根據(jù)實際使用自行調(diào)節(jié)的自適應(yīng)算法參數(shù)，并且對噪聲和未配準情況