基于嵌入式系統自動(dòng)連續變倍視頻顯微鏡

摘要 介紹了文中嵌入式系統總體設計思路，及在連續變倍系統中應用的嵌入式技術(shù)，在降低了成本的同時(shí)能快速地實(shí)現自動(dòng)變倍、調焦和檢測功能。闡述了電控變倍和自動(dòng)調焦兩方面技術(shù)，即機械傳動(dòng)部分采用小模數齒輪實(shí)現機械運動(dòng)和動(dòng)力的傳遞，單片機電路控制部分實(shí)現計數脈沖的獲取和電機的控制。該系統可按預先設定的方式控制電機，實(shí)現了視頻顯微鏡的電控變倍和自動(dòng)調焦，可滿(mǎn)足部分工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程在線(xiàn)自動(dòng)檢測的要求，同時(shí)為機器視覺(jué)檢驗提供了一種可行的方案。
關(guān)鍵詞 連續變倍視頻顯微鏡；自動(dòng)調焦；電控變倍；嵌入式系統

在20世紀70年代起出現了國產(chǎn)的連續變倍體視顯微鏡，由于明顯優(yōu)于間隔變倍類(lèi)型的體視顯微鏡，從此在體視顯微鏡領(lǐng)域占據了主導地位。連續變倍體視顯微鏡有兩種基本形式：一是有一組主物鏡中間像平面平行于物鏡的平面；二是由格里諾發(fā)明的機型，其是由兩支完全相同的成對物鏡，其光軸夾角在11°～14°間，特點(diǎn)是容易校正像差且成本低。因此后者仍是連續變倍體視顯微鏡的主流機型。
體視顯微鏡廣泛應用于生物解剖、微生物觀(guān)察、顯微外科、礦物結構觀(guān)察和工業(yè)生產(chǎn)。工業(yè)主要應用于電子制造業(yè)、半導體以及鐘表等精細零部件生產(chǎn)、裝配、質(zhì)量檢驗方面，對于有些工序是必備的工藝裝備。盡管體視顯微鏡是雙目觀(guān)察且連續變倍，立體感強，仍然容易使操作人員產(chǎn)生疲勞感。隨著(zhù)CCD和CMOS圖像傳感器的出現且成本不斷降低，出現了單筒連續變倍視頻顯微鏡。視頻單筒顯微鏡具有視野寬廣、直觀(guān)真實(shí)、操作簡(jiǎn)單且操作人員不易產(chǎn)生疲勞感的優(yōu)點(diǎn)而發(fā)展迅速。在生產(chǎn)線(xiàn)已有取代雙目觀(guān)察的體視顯微鏡之趨勢。

1 連續變倍視頻顯微鏡及智能化
1．1 連續變倍視頻顯微鏡的工作原理
連續變倍視頻顯微鏡(下稱(chēng)視頻顯微鏡)，始于雙目觀(guān)察式體視顯微鏡。其光學(xué)系統主要由連續變倍物鏡、目鏡和附加前置物鏡3部分組成，如圖1所示。其中連續變倍物鏡屬于低倍物鏡范圍，是視頻顯微鏡的關(guān)鍵部件。觀(guān)測物經(jīng)過(guò)光學(xué)系統成像于CCD(或CMOS)的光敏面上，圖像傳感器把光信號轉換成電信號(視頻信號)，該信號通過(guò)電視系統在屏幕CRT屏顯或LCD上顯示出物體的像。圖2為桂電光機電一體化研究所與梧州市澳特光電儀器公司產(chǎn)學(xué)合作研發(fā)的DT—10單筒連續變倍視頻顯微鏡。在無(wú)前置物鏡和1×目鏡的條件下，變倍比M=1：6．3，0．7～4．5×連續變倍。通過(guò)C接口與1／3inch CCD連接后，顯微圖像在CLD上顯示。光學(xué)系統還要使用光強可調的LED同軸光照明或環(huán)形LED陣列外照明。

1．2 視頻顯微鏡的自動(dòng)化、智能化改造
(1)問(wèn)題的提出。機器視覺(jué)被工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程在線(xiàn)自動(dòng)檢測廣泛應用，連續變倍視頻顯微鏡的“手動(dòng)調節+視頻觀(guān)察”模式不能適應在線(xiàn)自動(dòng)檢測的要求。