显微视觉系统中自动聚焦算法的研究及微动平台的控制

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目显微视觉系统中自动聚焦算法的研究及微动平台的控制作者姓名李敏学位类别工程硕士指导教师李惠光教授2016年5月中图分类号：TP391学校代码：10216UDC：621.3密级：公开工程硕士学位论文(应用研究型)显微视觉系统中自动聚焦算法的研究及微动平台的控制硕士研究生：李敏导师：李惠光教授副导师：徐春阳高工申请学位：工程硕士工程领域：控制工程所属学院：电气工程学院答辩日期：2016年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinCon

2、trolEngineeringTHERESERCHOFAUTOFOCUSINGALGORITHMANDTHECONTROLOFMICROPLATFORMBASEDONTHEMICROVISIONSYSTEMbyLiMinSupervisor:ProfessorLiHuiguangYanshanUniversityMay,2016燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《显微视觉系统中自动聚焦算法的研究及微动平台的控制》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行

3、研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日摘要摘要随着操作目标的尺寸越来越小、操作精度的要求越来越高，微操作系统的研究进入飞速发展的时期。本文通过分析微操作系统的研究背景以及国内外的发展现状，说明了自动聚焦技术的重要性，在探讨了目前聚焦技术中存在的问题的基础上确定本文的研究方向。课题将聚焦深度法作为研究自动聚焦技术的重点，针对聚焦策略中的评价函

4、数易存在局部极值点，聚焦窗口缺乏灵活性，聚焦搜索准确率低、耗时时间长等问题进行了深入的研究。本文的主要研究工作如下：首先，通过增加阈值的方式改进了Robert函数，比较传统评价函数与改进函数得出新的函数减少了局部极值点同时增加了聚焦曲线的陡峭度；通过对采集的图像进行分块提出了一种聚焦窗口动态选择的方法，该方法将梯度变化因子作为区分子块梯度变化的标准，并将梯度变化因子满足条件的图像子块作为聚焦窗口，此方法解决了固定聚焦窗口无法准确找到聚焦物体的缺点；在爬山算法中使用了大步长和小步长相结合的方式，这种搜索

5、算法能更准确的找到焦平面。然后，针对大范围显微视觉系统提出新的聚焦评价函数和聚焦搜索策略。分别介绍了时域聚焦函数SUSAN算子及频域聚焦函数提升小波变换，并对两个算子进行了改进，通过组合算子的方式提出了一种新的聚焦评价函数，新函数具有单峰性以及峰值两侧变化陡峭的优点；根据聚焦评价函数的特点将聚焦曲线分为平缓区和陡峭区两个阶段，在平缓区设置大步长实现快速搜索，在陡峭区对数据进行高斯曲线的拟合；根据拟合结果直接驱动电机到达焦平面，该方法在实时性和准确性上均有所提高。最后，使用上位机和下位机相结合的方式搭建

6、了显微视觉平台，并针对视觉平台进行了软件设计。基于自行研发的显微视觉系统对所提聚焦方案进行了验证，并将新的方案与已有方案进行对比分析，确定新方案的有效性。关键词:显微视觉;自动聚焦;评价函数;聚焦窗口;搜索策略I燕山大学工学硕士学位论文AbstractAsthesizeoftheoperationtargetisgettingsmallerandthedemandoftheoperatingprecisionisgettinghigher,thestudyofmicrooperatingsysteme

7、nteraperiodofrapiddevelopment.Throughanalyzingtheresearchbackgroundandthedomesticandforeigndevelopmentpresentsituationofthemicrooperatingsystem,thepaperillustratestheimportanceofauto-focusingtechnology.Theresearchdirectionisdeterminedaftertalkingaboutth

8、eproblemsinauto-focusingtechnologyarea.Oursubjectmakethealgorithmoffocusdepthasthekeyofauto-focusing.Thereexistsseveralproblemssuchasextremevaluepointsinthefocusingevaluationfunction,lackofflexibilityinfocusingwindow,andlowaccura