基于嵌入式系統(tǒng)自動(dòng)連續(xù)變倍視頻顯微鏡

3．2 自動(dòng)調(diào)焦
調(diào)焦是指沿光軸方向改變物面與物鏡的相對(duì)位置，使物像關(guān)系滿足高斯關(guān)系，以獲得清晰的物鏡初次像的工作過(guò)程。
基于PC機(jī)的自動(dòng)調(diào)焦實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，已搭建有JX4自動(dòng)正置金相顯微鏡及多媒體互動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等較成熟的儀器，并基于此類實(shí)驗(yàn)平臺(tái)做了一系列調(diào)焦實(shí)驗(yàn)。文中設(shè)計(jì)了基于嵌入式自動(dòng)調(diào)焦處理系統(tǒng)，并將基于PC機(jī)電自動(dòng)調(diào)焦搜索算法進(jìn)行了嵌入式移植，依賴于體積小、功耗低、方便系統(tǒng)集成的嵌入式處理系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)是一個(gè)集成光機(jī)電等環(huán)節(jié)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)的自動(dòng)調(diào)焦試驗(yàn)系統(tǒng)框圖如圖6所示。

在自動(dòng)連續(xù)變倍視頻顯微鏡中，載物臺(tái)上物體經(jīng)物鏡和光學(xué)接口成像于CCD上，由一路Cameralink接口數(shù)字視頻采集。由嵌入式快速自動(dòng)調(diào)焦單元進(jìn)行圖像的清晰度計(jì)算，并分析圖像的離焦?fàn)顟B(tài)，然后通過(guò)RS-232接口發(fā)送命令和數(shù)據(jù)給單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)控制調(diào)焦步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距和轉(zhuǎn)向進(jìn)行調(diào)焦。該工作過(guò)程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)閉環(huán)控制過(guò)程，不斷地重復(fù)循環(huán)，直到找到最清晰圖像時(shí)停止。整個(gè)系統(tǒng)由自動(dòng)調(diào)焦算法系統(tǒng)取代PC機(jī)處理環(huán)節(jié)，自動(dòng)調(diào)焦的實(shí)現(xiàn)只需將原PC機(jī)中開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序移植到自動(dòng)調(diào)焦算法處理系統(tǒng)即可。
自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)的軟件由兩部分組成：自動(dòng)調(diào)焦的圖像算法處理和嵌入式系統(tǒng)與微控制器系統(tǒng)的通信處理。在自動(dòng)調(diào)焦的圖像算法處理中，采用深度與對(duì)比度相比較的面掃描圖像處理算法。
由于CCD采集到的圖像是全彩色圖像，圖像的大小為320×320，若對(duì)其進(jìn)行全部處理，則整個(gè)自動(dòng)調(diào)焦過(guò)程的速度會(huì)變慢，為提高自動(dòng)調(diào)焦的速度，取其圖像的一部分來(lái)進(jìn)行處理。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，選取圖像中央的60×60的圖像作為自動(dòng)調(diào)焦的對(duì)象。首先將全彩色圖像轉(zhuǎn)化為0～255級(jí)的灰度圖像，利用自動(dòng)調(diào)焦的圖像處理算法計(jì)算出當(dāng)前圖像的灰度值R1，并與上次取得的圖像灰度值風(fēng)進(jìn)行比較，若R1>R0，則嵌入式系統(tǒng)發(fā)出聚焦命令，并傳送給微控制器系統(tǒng)，使圖像的清晰度更換一次；然后再通過(guò)嵌入式系統(tǒng)取得當(dāng)前圖像，并進(jìn)行比較，直至找到最清晰的圖像為止。自動(dòng)調(diào)焦的程序框圖如圖7所示。

4 結(jié)束語(yǔ)
自動(dòng)連續(xù)變倍視頻顯微鏡是光學(xué)技術(shù)、光電技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)、自動(dòng)控制與傳動(dòng)技術(shù)的集成，也是光學(xué)顯微鏡智能化、自動(dòng)化要求的結(jié)果，其具有效率高、響應(yīng)快、成本低等優(yōu)點(diǎn)，基本滿足某些工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程在線自動(dòng)檢測(cè)的要求。為視頻顯微鏡的智能化、自動(dòng)化提供了可行方案。