基于嵌入式系統(tǒng)自動連續(xù)變倍視頻顯微鏡

摘要 介紹了文中嵌入式系統(tǒng)總體設(shè)計思路，及在連續(xù)變倍系統(tǒng)中應(yīng)用的嵌入式技術(shù)，在降低了成本的同時能快速地實現(xiàn)自動變倍、調(diào)焦和檢測功能。闡述了電控變倍和自動調(diào)焦兩方面技術(shù)，即機械傳動部分采用小模數(shù)齒輪實現(xiàn)機械運動和動力的傳遞，單片機電路控制部分實現(xiàn)計數(shù)脈沖的獲取和電機的控制。該系統(tǒng)可按預(yù)先設(shè)定的方式控制電機，實現(xiàn)了視頻顯微鏡的電控變倍和自動調(diào)焦，可滿足部分工業(yè)生產(chǎn)過程在線自動檢測的要求，同時為機器視覺檢驗提供了一種可行的方案。
關(guān)鍵詞 連續(xù)變倍視頻顯微鏡；自動調(diào)焦；電控變倍；嵌入式系統(tǒng)

在20世紀(jì)70年代起出現(xiàn)了國產(chǎn)的連續(xù)變倍體視顯微鏡，由于明顯優(yōu)于間隔變倍類型的體視顯微鏡，從此在體視顯微鏡領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位。連續(xù)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，特點是容易校正像差且成本低。因此后者仍是連續(xù)變倍體視顯微鏡的主流機型。
體視顯微鏡廣泛應(yīng)用于生物解剖、微生物觀察、顯微外科、礦物結(jié)構(gòu)觀察和工業(yè)生產(chǎn)。工業(yè)主要應(yīng)用于電子制造業(yè)、半導(dǎo)體以及鐘表等精細(xì)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察且連續(xù)變倍，立體感強，仍然容易使操作人員產(chǎn)生疲勞感。隨著CCD和CMOS圖像傳感器的出現(xiàn)且成本不斷降低，出現(xiàn)了單筒連續(xù)變倍視頻顯微鏡。視頻單筒顯微鏡具有視野寬廣、直觀真實、操作簡單且操作人員不易產(chǎn)生疲勞感的優(yōu)點而發(fā)展迅速。在生產(chǎn)線已有取代雙目觀察的體視顯微鏡之趨勢。

1 連續(xù)變倍視頻顯微鏡及智能化
1．1 連續(xù)變倍視頻顯微鏡的工作原理
連續(xù)變倍視頻顯微鏡(下稱視頻顯微鏡)，始于雙目觀察式體視顯微鏡。其光學(xué)系統(tǒng)主要由連續(xù)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(xù)變倍物鏡屬于低倍物鏡范圍，是視頻顯微鏡的關(guān)鍵部件。觀測物經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)成像于CCD(或CMOS)的光敏面上，圖像傳感器把光信號轉(zhuǎn)換成電信號(視頻信號)，該信號通過電視系統(tǒng)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(xù)變倍視頻顯微鏡。在無前置物鏡和1×目鏡的條件下，變倍比M=1：6．3，0．7～4．5×連續(xù)變倍。通過C接口與1／3inch CCD連接后，顯微圖像在CLD上顯示。光學(xué)系統(tǒng)還要使用光強可調(diào)的LED同軸光照明或環(huán)形LED陣列外照明。

1．2 視頻顯微鏡的自動化、智能化改造
(1)問題的提出。機器視覺被工業(yè)生產(chǎn)過程在線自動檢測廣泛應(yīng)用，連續(xù)變倍視頻顯微鏡的“手動調(diào)節(jié)+視頻觀察”模式不能適應(yīng)在線自動檢測的要求。