基于频谱分析法的显微镜自动对焦方法的研究

【摘要】智能化自动化是现代仪器发展的趋势,自动对焦技术就是在这种趋势驱动下发展出来的涉及光机电算整体化设计的交叉技术,被广泛的应用于军事,科学研究,工业生产,日常应用中,是现代光电系统中不可缺少的关键技术。近年来,基于数字图像处理技术的自动对焦方法被大量研究,因其符合数字化和高精度的要求被广泛应用在精密仪器上。但这种方法对处理器件要求很高,不利于自动对焦技术在低端小成本器件上的推广。本文讨论了一种显微镜使用的自动对焦系统,通过模拟电路处理CCD(ChargeCoupledDevice,电荷耦合器件)输出的包含显微镜所观测标本离焦信息的视频信号,得到的清晰度评价值输入单片机,作为搜索和控制判据来驱动电机使显微镜完成对焦过程。本文着重讨论了频谱分析法的对焦评价依据,分析了包含图像清晰度信息的模拟视频信号的频谱图随离焦距离的变化,以此为基础设计硬件电路参数来完成实验验证。为充分利用频谱信息,分别使用不同频域的能量进行粗调、细调对焦判断,最终得到的硬件系统充分利用了视频信号的频域信息,在提高有效对焦范围的同时保证了对焦精度；在软件上,针对硬件优化重新对搜索算法进行优化。这些改进配合硬件电路,经验证对系统性能,尤其是有效对焦距离方面提升很大,得到的设计能够保证在40倍率显微物镜下的调焦范围可达±300μm,而其他频域信号只能够达到±100μm左右。本文前两章主要描述了自动对焦技术的背景、发展、原理等,通过比对不同对焦方法的优缺点,选择了适合显微镜使用的自动对焦方法；第三四章讨论了离焦过程对视频信号频谱的影响,从理论上讨论显微镜自动对焦系统的设计依据；第五章分析实验数据,根据理论分析的猜想设计实验,验证其合理性,并对讨论了系统的稳定性和精度；第六章对该论文进行了总结和展望,分析了目前系统的不足和今后可能的研究方向。本文得到的分析结果对于使用视频信号分析法的对焦技术是通用的,并不仅限于使用在显微镜自动对焦技术。
【作者】赵航；
【导师】沈亦兵；
【作者基本信息】浙江大学，光学工程，2014，硕士
【关键词】自动对焦；显微镜；频谱分析；单片机；搜索算法；对焦评价；

【参考文献】
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