技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于FPGA和NIOSⅡ的顯微成像自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)

背景技術(shù)：

自動(dòng)對(duì)焦（Auto Focus）是利用物體光反射的原理，將反射的光被相機(jī)上的傳感器CCD接受，通過計(jì)算機(jī)處理，帶動(dòng)電動(dòng)對(duì)焦裝置進(jìn)行對(duì)焦的方式叫自動(dòng)對(duì)焦，自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)越來越多的應(yīng)用于各種成像系統(tǒng)，而應(yīng)用在顯微鏡上的自動(dòng)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)卻很少，現(xiàn)有的顯微自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)存在著對(duì)焦時(shí)間過長，對(duì)焦精度差，對(duì)焦不穩(wěn)定等問題。。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種基于FPGA和NIOSⅡ的顯微成像自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)。

本發(fā)明為了解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種基于FPGA和NIOSⅡ的顯微成像自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)，包括分劃板、圖像傳感器、光學(xué)鏡頭、CCD相機(jī)、自動(dòng)對(duì)焦控制器、以及信息處理器，所述分劃板上設(shè)有編碼器，所述編碼器將信號(hào)反饋至在自動(dòng)對(duì)焦控制器上的I/O傳感器上，并由自動(dòng)對(duì)焦控制器接收信號(hào)，所述分劃板通過光學(xué)鏡頭成像在CMOS圖像傳感器的光敏面上，并由圖像傳感器將初始信息傳送至自動(dòng)對(duì)焦控制器上的I/O傳感器進(jìn)行接收，所述CCD相機(jī)通過光學(xué)鏡頭成像后將圖像信息輸入至自動(dòng)對(duì)焦控制器，所述自動(dòng)對(duì)焦控制器的信號(hào)輸出口連接采集卡和顯示屏幕，自動(dòng)對(duì)焦控制器的PCI總線口連接信息處理器，所述自動(dòng)對(duì)焦控制器的控制系統(tǒng)為基于FPGA和NIOSⅡ的控制系統(tǒng)

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，還設(shè)有一伺服電機(jī)和一伺服控制器，所述伺服電機(jī)帶動(dòng)光學(xué)鏡頭運(yùn)動(dòng)，伺服控制器控制伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，所述自動(dòng)對(duì)焦控制器輸出控制信息至伺服控制器。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明是基于FPGA和NIOSⅡ的顯微成像自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)，把圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器中，內(nèi)部的嵌入處理器執(zhí)行自動(dòng)對(duì)焦算法程序?qū)D像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并根據(jù)處理結(jié)果通過伺服控制器控制伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，伺服電機(jī)帶動(dòng)光學(xué)鏡頭運(yùn)動(dòng)，使得通過鏡頭所成像的圖像位于CCD的光敏面上，因而獲得清晰的圖像，系統(tǒng)中的LCD顯示屏在FPGA控制之下把存儲(chǔ)于SDRAM中的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖像進(jìn)行示，通過顯示屏可以觀察到自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)圖像由模糊到清晰的變化過程，該系統(tǒng)對(duì)焦時(shí)間快，可實(shí)現(xiàn)0.3-0.8秒對(duì)焦（50倍物鏡），對(duì)焦精度高（±1/3景深），對(duì)焦穩(wěn)定。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理框圖；

圖中標(biāo)示：1-分劃板；2-圖像傳感器；3-光學(xué)鏡頭；4- CCD相機(jī)；5-伺服電機(jī)；6-伺服控制器；7-自動(dòng)對(duì)焦控制器；8-信息處理器；9-編碼器；10-I/O傳感器；11-采集卡；12-顯示屏幕；13-PCI總線口。

具體實(shí)施方式

為了加深對(duì)本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，該實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。

圖1出示了本發(fā)明一種基于FPGA和NIOSⅡ的顯微成像自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)的一種實(shí)施方式，包括分劃板1、圖像傳感器2、光學(xué)鏡頭3、CCD相機(jī)4、自動(dòng)對(duì)焦控制器7、以及信息處理器8，所述分劃板1上設(shè)有編碼器9，所述編碼器9將信號(hào)反饋至在自動(dòng)對(duì)焦控制器7上的I/O傳感器10上，并由自動(dòng)對(duì)焦控制器7接收信號(hào)，所述分劃板1通過光學(xué)鏡頭3成像在圖像傳感器2的光敏面上，并由圖像傳感器2將初始信息傳送至自動(dòng)對(duì)焦控制器7上的I/O傳感器10進(jìn)行接收，所述CCD相機(jī)4通過光學(xué)鏡頭3成像后將圖像信息輸入至自動(dòng)對(duì)焦控制器7，所述自動(dòng)對(duì)焦控制器7的信號(hào)輸出口連接采集卡11和顯示屏幕12，自動(dòng)對(duì)焦控制器7的PCI總線口13連接信息處理器8，所述自動(dòng)對(duì)焦控制器7的控制系統(tǒng)為基于FPGA和NIOSⅡ的控制系統(tǒng)。還設(shè)有一伺服電機(jī)5和一伺服控制器6，所述伺服電機(jī)5帶動(dòng)光學(xué)鏡頭3運(yùn)動(dòng)，伺服控制器6控制伺服電機(jī)5運(yùn)動(dòng)，所述自動(dòng)對(duì)焦控制器7輸出控制信息至伺服控制器6。

在此系統(tǒng)中，F(xiàn)PGA 控制液晶顯示器及圖像傳感器工作得到圖像數(shù)據(jù)，然后把圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器中，F(xiàn)PGA內(nèi)部的NIOSⅡ嵌入處理器執(zhí)行自動(dòng)對(duì)焦算法程序?qū)D像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并根據(jù)處理結(jié)果通過伺服控制器控制伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，伺服電機(jī)帶動(dòng)光學(xué)鏡頭運(yùn)動(dòng)，使得通過鏡頭所成像的圖像位于CCD的光敏面上，因而獲得清晰的圖像．系統(tǒng)中的LCD顯示屏在FPGA控制之下把存儲(chǔ)于SDRAM中的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖像進(jìn)行示，通過顯示屏可以觀察到自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)圖像由模糊到清晰的變化過程。

圖像采集、存儲(chǔ)及顯示的實(shí)現(xiàn)是建立在分劃板、光學(xué)鏡頭、CMOS 圖像傳感器、FPGA、SDRAM和LCD顯示屏所組成的硬件基礎(chǔ)之上的。分劃板通過光學(xué)鏡頭成像在CMOS圖像傳感器的光敏面上，由FPGA把圖像傳感器的輸出圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到SDRAM中，再從SDRAM中讀出圖像數(shù)據(jù)傳送給LCD顯示屏，最終在LCD顯示屏上顯示圖像傳感器所生成的圖像，圖像采集、存儲(chǔ)及顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為自動(dòng)對(duì)焦的實(shí)現(xiàn)奠定了一定的硬件基礎(chǔ)。由于圖像數(shù)據(jù)已經(jīng)存儲(chǔ)于SDRAM中，這時(shí)，嵌入式處理器NIOSⅡ首先通過執(zhí)行程序讀取這些數(shù)據(jù)，然后調(diào)用自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)程序和爬山搜索程序。在程序運(yùn)行過程中得到的結(jié)果之上，結(jié)合FPGA與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接口控制伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)顯微鏡不斷前后移動(dòng)，使得成像位于圖像傳感器的光敏面上。