全自动涂片显微视觉扫描仪控制系统开发

面向医疗显微形态学检验需求,设计了一种通用型全自动涂片显微视觉扫描仪的机械平台及自动检验工艺流程,构建了"计算机+工业相机+嵌入式控制器"的全自动涂片显微视觉扫描仪控制系统;开发了基于ARM的嵌入式控制器,实现了多轴精密运动控制、多传感器反馈、二维码扫描、CAN通信等功能;基于高速相机和精密运动系统,开发了高质量图像自动聚焦高效采集算法;设计了控制系统上、下位机应用软件。将该系统用于结核杆菌和外周血涂片自动扫描检验实际应用中,结果表明:全自动涂片显微视觉扫描仪控制系统运行稳定,图像采集清晰高效,操作简单,可以满足多数医疗镜检项目的使用需求。     

基因芯片荧光靶点显微成像自动调焦控制

在基因芯片荧光靶点阵列图像CCD扫描采集系统中,显微成像自动调焦控制是进行芯片杂交信号荧光靶点图像采集的先决条件.在定义图像清晰度评价函数的基础上,通过对实时采集的显微图像进行清晰度评价函数计算,采用基于粗精结合原则的自动调焦控制策略,实现了荧光靶点显微成像自动调焦控制.调焦控制实验表明,该方法显著提高了基因芯片荧光靶点图像聚焦和采集的效率.     

基于照度优化的自动聚焦技术研究

本文讨论了显微视觉研究中照明强度对自动聚焦的影响问题。开发了照明自动调控系统,为显微视觉照明问题的研究提供了物质前提。首先,利用快速傅立叶变换对离焦图像序列以及不同照明强度图像序列进行频谱分析,证明照明强度条件对图像高频能量影响显著;然后,提出了对图像特征高频能量有效度量的评价函数;最后通过自动聚焦实验,证明照明强度对于聚焦曲线的特性产生很大影响,同时,经照度优化后的自动聚焦具有更高的聚焦精度。     

机器视觉精密测量中的显微光学聚焦

考虑显微光学涉及的聚焦精度对机器视觉精密测量效果的影响,开展了显微视觉环境下对图像聚焦技术综合定量评价的研究。建立了偏移率等系列性能指标,对13组清晰度函数在显微视觉条件下的无偏性、单峰性、分辨力等进行了综合评价,优选出方差函数和Brenner函数分别用于粗聚焦和精聚焦阶段的清晰度计算。建立了分步爬山搜索法,实现了显微自动聚焦。与传统爬山法相比,提出的方法聚焦时间显著缩短,重复精度提高约24%。将建立的自动聚焦与图像测量方法应用于某电液伺服阀衔铁气隙测量中,得到的测量均值与工具显微镜结果相近,而测量标准差可达1.9μm,测量效率也显著提高。最后对伺服阀加电条件下的气隙动力学特性进行了测试,获得了驱动电流-衔铁气隙之间的关系,为在线装配/装调提供了重要依据。     

嵌入式自动聚焦系统的设计

将数字图像作为处理对象的自动聚焦系统中,由于图像采样、量化及传输过程中各种干扰引起的图像噪音,导致评价函数曲线可能存在多个极值。目前光学自动聚焦系统普遍采用盲人爬山比较法,当评价函数曲线存在多个极值时,采用这种方法可能会将一非最大值的极值判定为聚焦点。针对这种虚假聚焦点的问题,本文提出了一种将每帧图像的聚焦函数值存于一表中,然后通过查表找出聚焦函数值的最大值的方法。在选取Tenengrad函数作为评价函数的基础上,采用查表法在ADSP-BF561开发平台下,建立基于数字图像处理程序控制的自动聚焦系统,经过大量的实验分析,证明这种方法能很好的解决盲人爬山比较法中存在的虚假聚焦点的问题且聚焦精度较高。     

显微视觉系统的自动聚焦及控制

对自动显微镜的自动聚焦评价函数及聚焦控制策略进行了研究.首先,介绍了频域聚焦函数提升小波变换及时域聚焦函数Sobel-Tenengrad算子,通过将提升小波变换和Sobel-Tenengrad算子有机组合提出了一种新型聚焦评价函数.然后,利用离焦、正焦样本图像对自组织算法进行无监督训练,使用粒子群优化算法加速训练过程,并以经过学习的自组织映射算法作为聚焦控制器.最后,进行了显微视觉自动聚焦实验.实验结果表明:新型组合算子具有单峰性,峰值处变化陡峭,对不同样本、不同倍数物镜均可在正焦位置达到最大值,鲁棒性强;经过学习控制器后平均仅用7.6步即可完成自动聚焦,与爬山法相比,该聚焦算法不仅大大提高了聚焦速度且性能稳定,对每幅输入图像处理、识别时间约为120ms;满足了显微视觉自动聚焦要求,获得了良好聚焦效果.     

一种改进型灰度差分聚焦算法研究与实现

为解决显微图像采集中聚焦的准确性和快速性,设计并实现了一种包括图像采集端、图像处理算法实现模块、OSD菜单实现模块、系统控制模块和HDMI输出模块等硬件采集系统。结合实际应用和现有的图像处理算法,提出了适合数字显微图像的图像预处理自动聚焦算法,在灰度差分绝对值之和函数的基础上增加了对周围点的判断,提高了算法的精确度。实验结果表明,通过对切片图像在显微镜物镜10倍、40倍、100倍下采集到的离、聚焦图像以及聚焦曲线呈现单峰性,无偏性等特点,能实现良好的聚焦能力。     

基于加权邻域相关性的显微镜自动聚焦函数

目的：提出了一种基于加权邻域相关性的显微镜自动聚焦函数,并在研究显微镜聚焦原理及成像过程的基础上,分析了显微镜图像中像素邻域灰度相关性及像散现象对聚焦评价的影响。方法：首先,分别计算每幅显微镜序列图像中各像素与其四邻域像素的灰度相关性。然后,计算基于此相关性加权平均值的二次多项式聚焦函数,其中权值根据对应像素与显微镜视场中心的距离来确定。最后,选取该函数值最大的图像为聚焦图像。结果：实验结果表明,与经典的聚焦函数如方差函数、绝对梯度函数、Roberts梯度函数及Tenengrad函数相比,本文方法的聚焦灵敏度因子提高了0.3185~0.3268,噪声环境下聚焦的平均正确率提高了0~40%。结论：该方法能够准确地评价图像聚焦的程度,并具有较高的灵敏度和较强的抗噪性。     

一种全自动显微镜快速聚焦方法

自动聚焦技术是全自动控制显微镜系统的核心部分,主要解决的问题是如何提高聚焦的精度和速度,其中聚焦评价函数用来衡量图像是否聚焦。通过对几种聚焦评价函数的仿真实验对比分析,以及结合实际工程应用,提出一种直接截取图像的视频信号进行实时处理的聚焦方法,并对其中的关键技术分析、实验。实验表明:该方法提高了聚焦的精度和速度,并且它已成功应用于显微镜自动调焦系统中。     

基于VI的疲劳裂纹在线监测摄像头自动聚焦系统

为提高疲劳裂纹在线检测的效率和精度,提出了一种基于视觉识别(VI)的疲劳裂纹在线监测摄像头自动聚焦的方法。该系统主要包括CCD摄像机、镜头、摄像头云台、NI-PCI运动控制卡、光源照明系统、图像采集卡、计算机以及安装在计算机内的图像处理软件和上位机运动控制软件;利用虚拟仪器技术根据摄像头在图像采集过程中的动作要求,设计了一套运动控制方案,进行了基于LabVIEW图像处理自动聚焦技术的研究,并着重研究了清晰图评价函数的选择和寻优算法的设计;最后,对系统进行了软、硬件的调试。调试结果表明,该系统达到了预期的功能需求和精度要求。     

图像测量中自动调焦函数的实验研究与分析

给出了几种常用图像测量中自动调焦算法的对比分析,并分别在不同照明方式和不同背景条件下对主要的调焦函数特性参数进行测试,得到了调焦函数的实用性能的客观评价.实验结果表明:在透射照明条件下,灰度梯度类调焦函数特性均较好.其中Variance函数以及灰度变化率和函数具有较大的调焦范围,且近似为线性变化,但是灵敏度较低,因此适于大范围粗调焦;Laplacian函数和Tenengrad函数灵敏度高,稳定性好,但调焦范围小,因此适合于小范围精确调焦.在反射照明条件下,只有Tenengrad函数和Brenner函数仍然保持单峰性,但灵敏度明显下降.当存在较复杂背景时,调焦函数普遍失效.因此在实际测试中,应当优先选择透射光照明,尽可能少用反射照明,而且应尽可能避免背景的干扰.     

图像调焦过程的清晰度评价函数研究

自动调焦是一类建立在搜索算法上的调焦方法,它通过计算机编程对不同对焦位置所成像的清晰度进行评价,利用正确对焦时图像最清晰这个特征找到正确的对焦位置。判断图像对焦与否是通过图像清晰度对焦评价函数/调焦状态评价函数(调焦判定函数)来衡量的。利用每一个调焦判定函数对包含了一组模糊和清晰图像的序列图像进行处理,可以得到对应于相应判定函数的调焦曲线,利用曲线可以非常直观地分析判定函数的性能。结果表明,灰度梯度函数具有比较稳定的调焦特性。     

An in-depth study of tool wear monitoring technique based on image segmentation and texture analysis

We present a new micro-vision system for tool wear monitoring, which is essential for intelligent manufacturing. The tool wear area is divided into regions by a watershed transform, then subjected to automatic focusing and segmentation. The individual pixel gray values in each region are then replaced with the corresponding regional mean gray value. A hill climbing algorithm based on the sum modified laplacian (SML) focusing evaluation function is used to search the focal plane. In addition, we implement an adaptive Markov Random Field (MRF) algorithm to segment each region of tool wear. For our MRF model, the connection parameter value is adaptively determined by the connection degree between regions, which improves image acquisition of more integral tool wear areas. Our findings suggest that automatic focusing and segmentation of the tool wear area by region (within the tool wear area) enhance accuracy and robustness, and allow for real time acquisition of tool wear images. We also implement a complementary tool wear assessment procedure based on the surface texture of the workpiece. The optimal texture analysis window is determined using the entropy metric – a texture feature generated using a Gray Level Co-occurrence Matrix (GLCM). In the best texture analysis window, entropy remains monotonic as tool wear increases, demonstrating that entropy can be used effectively to monitor tool wear. Information from combined measurements of tool wear and workpiece texture can reliably be used to monitor tool wear conditions and improve monitoring success rates.     

一种用于自动调焦图像的降噪方法

图像清晰度评价是实现数字图像自动调焦的关键,而调焦图像降噪直接影响着图像评价的准确性。为有效抑制调焦图像中存在的两类主要噪声,结合椒盐噪声和高斯噪声特点,综合采用十字中值滤波法和维纳滤波法实现了图像降噪。实验结果表明,相比于单一降噪方法,综合方法不仅能最大程度地降低两类噪声,而且能较好地保护图像细节,可作为自动调焦成像系统图像预处理的主要方法。     

Automated detection of tuberculosis in Ziehl-Neelsen-stained sputum smears using two one-class classifiers

Screening for tuberculosis in high-prevalence countries relies on sputum smear microscopy. We present a method for the automated identification of Mycobacterium tuberculosis in images of Ziehl-Neelsen-stained sputum smears obtained using a bright-field microscope. We use two stages of classification. The first comprises a one-class pixel classifier for object segmentation. Geometric transformation invariant features are extracted for implementation of the second stage, namely one-class object classification. Different classifiers are compared; the sensitivity of all tested classifiers is above 90% for the identification of a single bacillus object using all extracted features. The mixture of Gaussians classifier performed well in both stages of classification. This method may be used as a step in the automation of tuberculosis screening, in order to reduce technician involvement in the process.     

调焦系统中数字图像清晰度评价函数的研究

为了实现基于数字图像处理的自动调焦技术,采用准确有效的图像清晰度评价函数是其实现的关键.通过实验分析比较了梯度函数、频谱函数和熵甬数在自动对焦技术中的作用,并研究了各评价函数在实验平台下所表现出来的性能和特点.研究结果表明,Tenengrad函数、Brenner函数和平方梯度函数在焦平面附近具有变化趋势明显和灵敏度高的...     

自动验光仪中图像处理与调焦准确性的研究

图像清晰度评价函数可以反映调焦系统的调焦准确性。为了验证所选择的评价函数满足调焦准确性的要求,现选择在不同调焦位置拍摄图像并进行处理,找出最佳成像位置,然后利用调焦透镜的移动量与屈光度的关系计算出屈光度,与实际使用的模拟眼比较并计算误差。通过对不同屈光度的模拟眼分别测量,最终结果表明:该评价函数能够较好地满足调焦的准确性要求。     

基于ARM7处理器的快速聚焦方法

快速、准确地自动聚焦是获取高质量图像信息的前提。现对基于ARM7处理器和CCD图像传感器的自动聚焦系统进行研究,对模拟视频信号滤波提取高频分量作为判据的方法进行探讨,根据实际需要进行滤波选频和带宽选择,对系统实现中的关键技术进行了详尽的分析讨论。同时,针对系统在自动聚焦过程中实际出现的问题,对聚焦评价函数和搜索策略进行了优化,使系统的聚焦更加准确,并给出相应的实验结果。实验表明,该方法提高了聚焦的精度和速度,并且已成功应用于显微镜自动调焦系统中。     

图像清晰度评价函数的研究

为了实现更为高效、准确的光纤端面自动对焦,对现有图像的清晰度评价函数进行了研究,并在此基础上,提出了一种新的计算简便、抗噪性好的清晰度评价函数。采用光纤几何参数测试仪获得光纤端面清晰成像面前后等间隔的24帧光纤端面图像,利用不同的图像清晰度评价函数对这24帧图像进行计算,得到相应的调焦曲线并分析其单峰性、单调性和抗噪性。结果显示,所提的新评价函数具有更好的表现,对自动对焦技术具有一定的参考价值。     

Evaluation of autofocus functions in molecular cytogenetic analysis

This work describes a systematic evaluation of several autofocus functions used for analytical fluorescent image cytometry studies of counterstained nuclei. Focusing is the first step in the automatic fluorescence in situ hybridization analysis of cells. Thirteen functions have been evaluated using qualitative and quantitative procedures. For the last of these procedures a figure-of-merit (FOM) is defined and proposed. This new FOM takes into account five important features of the focusing function. Our results show that functions based on correlation measures have the best performance for this type of image.