高精度、可重复性显微镜自动平台的研究(1).pdf

摘要 自光学显微镜诞生以来，显微技术有了长足的进步和发展，在医学领域， 显微镜已成为诊断和防治疾病不可缺少的工具。以传统的手工操纵显微镜的 方法来获取显微图像是一件极为烦琐和劳累的工作，由于医师主观经验的限 制等，误判和漏诊仍不可避免，而且随着处理的样品的增多和人们对疾病诊 断提出的快捷、准确的要求，医学界人士迫切希望实现显微图像扫描、采集 和分析自动化。 显微镜载物平台的自动化控制是实现上述目标的第一步。针对目前市场 上已出现的显微镜载物平台自动化系统普遍存在着定位精度、重复性差的缺 点，我们提出一套低成本、高重复性，高定位精度载物平台闭环控制方案。 本论文分四个部分对研究工作进行了叙述: 第一章分析了高重复定位精度的自动化载物平台在应用领域的需求状 况，对现有的显微镜图像采集自动化技术做一概述，简要介绍了自动聚焦原 理及各种聚焦评价因子，并提出本论文要解决的问题及本论文的结构。 第二章在分析步进电机失步原因和常用闭环控制方法的基础上，提出一 套对步进电机失步进行有效补偿的低成本改造方案。 第三章详细介绍了系统的硬件实现原理和具体方法，分析了USB设备 的设备开发方法和各复杂可编程模块的具体实现。 第四章详细介绍了系统的软件实现原理、结构流程和相关模块等。 关键词:通用串行总线;现场可编程技术;失步保护;自动聚焦;操纵杆 Abstract Sincetheopticalmicroscopycameintoexistence,scientistshavemadea greatprogressinthetechnologyofphotomicrography.Inthemedicalfield, microscopyhasbeenaveryimportanttoolintheearlydiagnoseofcancerand haemophiliaInthetraditionalway,theusermanipulatesthemicroscopystage manuallytogetthecurrentmicrograph,whichisaverytroublesomeandtired work.Becauseofthelimitationofthedoctorsexperience,highmissedratesare unavoidable.Moreover,ontheincreaseofanalyzedsamplesandtheargumentto fastaccuratediagnose,doctorsneedurgentlytheautomationofscanning, samplingandanalysisofmicrograph Thefirststepofaimmentionedaboveistheautomationofstage.Inviewof poorreproducibilityandprecisionoflocationofothercommercialstages,we developed a closed-loop-controlled system with low cost,excellent reproducibilityandprecisionoflocation. Inthispaper,theresearchworkwillbedescribedas4parts: Charpter]analysestherequirementofexcellentreproducibleandprecisely locatingautomatedmicroscopystage;givesareview onthemicroscopy automationtechnology;introducestheautofocusmethodandseveralfocusing algorithms;showsthemaincontentofthispaperaccordingtotheresearchstatus aswell. Charpter2describesalowcostmethodforout-of-stepprotectionby analyzingthemechanismofout-of-stepandseveralclosed-l