基于嵌入式处理器和DSP的生物芯片扫描分析系统

以嵌入式处理器和嵌入式操作系统为核心的嵌入式系统已经得到了广泛的应用，但是它不能很好地进行实时的数据处理，而DSP处理器却很适合这样的实时处理。所以基于嵌入式处理器和DSP协同工作的系统设计成为了嵌入式系统的发展方向之一。文中提出并研究设计了一种生物芯片扫描分析仪。该系统以高性能嵌入式处理器和DSP处理器的协同工作为核心，并兼有自动数据分析算法，实现了无需手工干预的生物芯片扫描和分析的一体化，具有高可靠性、高实时性、小型化和低功耗的特点。文中详细论述了系统整体结构以及软硬件部分的实现。     

嵌入式系统和红外图像的火焰检测算法

火焰的检测与识别是对火灾预防与控制的重要因素,目前已设计出一种嵌入式的图像采集系统,对嵌入式系统的概念进行了分析,分别探讨了火焰目标的提取、火焰特征的识别、火焰动态特征的识别以及火焰检测算法的设计,通过嵌入式系统以及红外图像的综合技术的实验分析,体现出该技术进行火焰检测算法的优势.     

生物芯片荧光图像样点自动定位的实现

生物芯片在微小的基片上集成了成千上万个样点，每个样点对应一个基因或生物信息。因此，生物芯片图像分析的自动化在生物芯片软件系统中显得尤为重要．而生物芯片样点自动定位是实现生物芯片图像分析自动化的关键一步。本文提出并实现了一种生物芯片荧光图像样点自动定位的算法。运行结果表明，对于样点像素值明显比背景像素值大的样点，样点检测率可以达到95％以上，而且荧光图像的倾斜、荧光图像中大的污染块并不影响本程序的样点检测率。     

基于云计算的嵌入式人脸识别系统建构与研究

针对嵌入式系统运算、存储资源有限等缺陷,采用先进的FaceCore人脸检测开放平台构建一套基于云计算的嵌入式人脸图像处理系统;通过在高性能嵌入式平台接入图像采集设备采集图像信息,然后将复杂的图像处理、检测、识别等算法转移到云平台进行,实现人脸特征值检测、人脸特征点检测、人脸相似度检测、人脸匹配等功能,减少了嵌入式系统的本地运算负担,降低了嵌入式人脸检测、识别系统的软硬件成本;最后通过对多个不同年龄、性别的人进行人脸检测识别、人脸和嘴的位置检测以及图像中人脸个数检测,分别得到检测时间的平均值;实验结果验证了构建基于云计算的嵌入式人脸识别实时系统的可行性,系统的稳定性、可靠性,并且与以前直接在本地进行计算做比较,具有较高的实时性,为未来嵌入式系统进行实时的图像处理提供了一种更有效的解决方案。     

生物芯片血液蛋白自动检测与控制研究

针对生物芯片血液蛋白分析与检测的特点和要求设计并实现了一个自动检测分析与控制系统.该系统综合运用机械自动化技术,图像采集与分析技术,计算机控制技术,能够在机械系统平台的基础上,自动完成利用生物芯片对血液蛋白的检测和分析过程.系统实验结果表明该系统能够精确,快速,大批量的完成生物芯片血液蛋白分析操作.且人机界面友好,操作方便.     

一类嵌入式图像检测系统的设计与实现

本文设计并实现了针对实验室检测环境的一类嵌入式图像检测系统。该系统基于嵌入式开发平台搭建,通过与开发板连接的USB摄像头采集彩色待检测图像,然后通过分析处理图像的颜色特征来获取检测物的含量等信息。本文针对检测图像的颜色特征和空间结构信息,采用了颜色平衡、特征增强和金字塔分割等图像处理方法。最后,本文以一组液态有色试剂含量检测为例,验证了本图像检测系统的可行性。     

基于颜色特征的嵌入式液态试剂检测系统的 设计与实现①

设计并实现了基于颜色特征的嵌入式液态试剂检测系统。该系统以嵌入式微处理器为核心,使用CCD摄像头采集检测图像,通过图像中的颜色特征拟合液态试剂的浓度数据。图像采集功能实现和彩色图像处理算法设计是系统设计的重点。最后以一组DNA含量检测对本图像检测系统的可行性进行了验证。     

基于FPGA图像处理技术在钢板表面缺陷检测系统中的应用

为了解决钢板表面缺陷视觉检测系统中图像处理的瓶颈问题,采用基于FPGA的嵌入式处理系统完成大数据量、实时、在线的处理任务,从而满足高速、宽幅、高分辨率的检测要求.嵌入式系统以Altera公司最新的Stratix FPGA作为核心处理器,在分析FPGA专有的硬件结构基础上,对图像处理中的模板卷积算法进行了优化设计,采用Verilog语言对算法完成建模与实现,并在Quartus Ⅱ平台进行了仿真验证.实验与算法仿真证明嵌入式处理系统的可行性与工程实用性,从而表面缺陷检测系统中的图像信息实时处理这一关键问题得以解决.     

基于颜色特征的嵌入式液态试剂检测系统的 设计与实现①

设计并实现了基于颜色特征的嵌入式液态试剂检测系统。该系统以嵌入式微处理器为核心,使用CCD摄像头采集检测图像,通过图像中的颜色特征拟合液态试剂的浓度数据。图像采集功能实现和彩色图像处理算法设计是系统设计的重点。最后以一组DNA含量检测对本图像检测系统的可行性进行了验证。     

嵌入式图像边缘检测系统设计与实现

采用高性能嵌入式Cortex-A9处理器设计了一套图像边缘检测系统。主设备系统采用ARM-Linux嵌入式操作系统,利用Open CV捕获视频帧并使用改进Canny边缘检测算子对视频帧分析处理并实时显示。针对色彩与背景相似的物体、轮廓特征明显的物体和夜间环境下的物体边缘检测进行测试。实验结果表明,嵌入式平台能够达到和PC相同的检测效果,相比于传统Canny算子,改进的Canny边缘检测算子图像边缘检测系统的检测效果优秀和性能良好,具有很强的实时性和可靠性。     

PCR生物芯片/微装置在微生物检测中应用研究

聚合酶链式反应(PCR)技术已经在分子生物学、生物化学、临床医学、遗传以及法医等领域得到广泛的应用.基于微电子机械系统技术开发而成的PCR生物芯片由于具有所需样品和反应混合物体积小、反应时间短、轻便等优点而日益受到人们的重视.介绍PCR生物芯片/微装置(包括反应池内固定扩增式和连续流动式)在微生物埃希氏大肠杆菌(E.coli)和微生物战剂检测中的应用.     

USB2.0技术在生物芯片扫描仪荧光图像采集中的应用

介绍了基于USB2.0和DSP的激光共聚焦生物芯片扫描仪荧光图像采集系统,并详细讨论了采用Cypress公司EZ-USB FX2系列中的CY7C68013的USB2.0接口,给出了用户自定义控制传输和基于EZ-USB FX2的GPIF主控方式实现块数据传输的软硬件设计方法。     

MEDA芯片菊花链的自动容错设计

微点阵生物芯片MEDA biochip将微电子和微流体结合,是最近出现的一种新型数字微流控芯片,它基于微点阵思想,每个微点阵单元都包含驱动电路和检测电路,从而实现对生化实验的实时监测。为减少外部引脚,MEDA芯片的所有微单元由菊花链串联,以实现对芯片的准确控制。作为MEDA芯片的关键数据通路,菊花链上即使只有一个单元发生故障,也会导致整条链失效,因此必须对菊花链进行有效的容错设计。为MEDA芯片设计了具有自测试和容错功能的菊花链结构,该结构由测试响应触发菊花链故障单元的自动容错。当菊花链的某个单元出现故障时,其测试响应产生异常,从而触发故障单元的自动修复,若修复失败,则异常的测试响应会再次触发该单元的旁路,从而实现自动容错。实验结果表明,该结构可以在测试和诊断故障的同时进行有效的容错,并在容错失败时将其永久旁路。     

Optimal fuzzy sliding-mode control for bio-microfluidic manipulation

In biometric and biomedical applications, a special transporting mechanism must be designed for the micro total analysis system (μTAS) to move samples and reagents through the microchannels that connect the unit procedure components in the system. An important issue for this miniaturization and integration is the microfluid management technique, i.e., microfluid transportation, metering, and mixing. In view of this, an optimal fuzzy sliding-mode control (OFSMC) based on the 8051 microprocessor is designed and a complete microfluidic manipulated biochip system is implemented in this study, with a pneumatic pumping actuator, two feedback-signal photodiodes and flowmeters for better microfluidic management. This new technique successfully improved the efficiency of biochemical reaction by increasing the effective collision into the probe molecules as the target molecules flow back and forth. The new technique was used in DNA extraction. When the number of Escherichia coli cells was 2×10²–10⁴ in 25 μl of whole blood, the extraction efficiency of immobilized beads with solution flowing back and forth was 600-fold larger than that of free beads.     

New direct optical biosensors for multi-analyte detection

A new label-free optical biosensing method has been developed, which can be called Spectral Correlation Method (SCM). The method is based on measurements of a correlation signal of two interferometers in an original optical scheme. The first interferometer is a scanned Fabry–Perot interferometer, in which the distance between two mirrors is periodically changed by a peizoelectric driver. The second interferometer is formed by a biochip, which is a simple glass plate with thickness of several tens or hundreds microns with different recognition spots or wells, or flow channels. In our experiments, a microscope cover glass was successfully used as a biochip to detect reactions of binding or detachment of different biological agents in real time. Two- and 96-channel SCM devices have been designed to register bio- and chemical-components in real time. The sensogram drifts for these devices expressed in terms of layer thickness were 20 and 40 pm/h, respectively.     

基于迈克尔逊干涉仪的SPR传感器的研究

研究了一种基于迈克尔逊干涉仪干涉成像的新型表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)传感器,介绍了系统的构建方法和工作原理。系统以溴钨灯为迈克尔逊干涉仪的光源产生干涉图像,采用Kreschmann棱镜耦合结构激励SPR,由CCD摄像机采集传感芯片干涉图,对干涉图进行信息提取和傅里叶变换得到光谱图,再对光谱图进行分析处理得到SPR曲线。在系统中引入了辅助定标光路,即以一已知波长的单色光(氦氖激光器)作为标尺确定光强随光程差变化的干涉图函数中采样点的选取,降低了使用迈克尔逊干涉仪过程中的转动和传动机械误差。实验结果表明,该传感系统具有成本低、结构简单、操作方便、多通道检测等优点。     

生物芯片技术的应用

生物芯片技术是国际上近年来发展起来的一门高新技术。本文综述了国内外生物芯片技术的研究现状及发展前景。主要内容有基本概念、生物芯片制作及其应用、国内外发展现状、生物芯片的研究开发方向等方面,以达到对生物芯片技术的发展有一个全面了解的目的。     

协同DNA计算机解空间问题的模块化设计方案

提出了一种基于检测型生物芯片的协同DNA计算机解空间问题的模块化解决方案。为了解决解空间检测这个问题，该文总结了目前典型的DNA计算模型中所用到的生物检测技术，在先前的协同DNA计算机基本组成原理模型的基础上，结合了当前检测型生物芯片技术的发展趋势，提出了解决方案，并对各模块的工作原理、功能等进行了介绍，给出了问题与展望。     

网络安全漏洞扫描器

网络安全漏洞扫描器是近年来网络安全研究的热点。文章说明了网络安全漏洞扫描的必要性,给出了网络安全漏洞扫描器的概念和结构,概述了多种漏洞扫描的技术,最后介绍了网络安全漏洞扫描器的国内外现状及评判标准。     

Development of an integrated CMOS DNA detection biochip

This paper presents a CMOS DNA detection biochip using an electrical detection method with self-assembly multilayer gold nanoparticles (AuNPs). Each measuring spot of this biochip consists of three major parts; a pair of electrodes with a nanogap, a current amplifier circuit, and a heater with an embedded temperature sensor. The biochip is first fabricated by a TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd.) 0.35 μm 2P4M standard CMOS process. Then, post-CMOS micromachining etch processes are used to expose the surface of the nanogap to test samples for the establishment of multilayer AuNPs through hybridization between single strand DNAs in the samples. The gap distance between a pair of electrodes is 350 nm. Before taking DNA detection measurements, self-assembly monolayer AuNPs is established on the nanogap surface between two microelectrodes. Multilayer AuNPs can be observed if hybridization between single strand DNAs occurs. An approximately 1000-fold increase in electric current between the multilayer AuNPs over the monolayer AuNPs serves an indication of the presence of target DNA in test samples. After integrating the electrodes with an embedded current amplifier, the electric current of multilayer AuNPs is amplified to the order of mA that can be easily measured by a commercial Volt-Ohm-Milliammeter. The heating system with a heating element and a temperature sensor can be used to distinguish single base-pair mismatch hybridization from complementary hybridization for the establishment of multilayer AuNPs. The lowest detectable concentration of target DNA on this biochip is 0.1 nM.