CN106488138A - 基于fpga和niosⅱ的显微成像自动对焦系统 - Google Patents

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赵长坤
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    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules
    • H04N23/67—Focus control based on electronic image sensor signals

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Abstract

本发明公开了一种基于FPGA和NIOSⅡ的显微成像自动对焦系统，基于FPGA和NIOSⅡ的显微成像自动对焦系统，把图像数据存储在同步动态随机存储器中，内部的嵌入处理器执行自动对焦算法程序对图像数据进行处理，并根据处理结果通过伺服控制器控制伺服电机运动，伺服电机带动光学镜头运动，使得通过镜头所成像的图像位于CCD的光敏面上，因而获得清晰的图像，系统中的LCD显示屏在FPGA控制之下把存储于SDRAM中的图像数据转换成图像进行示，通过显示屏可以观察到自动对焦系统实现图像由模糊到清晰的变化过程，该系统对焦时间快，可实现0.3‑0.8秒对焦（50倍物镜），对焦精度高（±1/3景深），对焦稳定。

Description

基于FPGA和NIOSⅡ的显微成像自动对焦系统
技术领域
本发明涉及自动对焦技术领域，特别涉及一种基于FPGA和NIOSⅡ的显微成像自动对焦系统
背景技术
自动对焦（Auto Focus）是利用物体光反射的原理，将反射的光被相机上的传感器CCD接受，通过计算机处理，带动电动对焦装置进行对焦的方式叫自动对焦，自动对焦技术越来越多的应用于各种成像系统，而应用在显微镜上的自动自动对焦系统却很少，现有的显微自动对焦系统存在着对焦时间过长，对焦精度差，对焦不稳定等问题。。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种基于FPGA和NIOSⅡ的显微成像自动对焦系统。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于FPGA和NIOSⅡ的显微成像自动对焦系统，包括分划板、图像传感器、光学镜头、CCD相机、自动对焦控制器、以及信息处理器，所述分划板上设有编码器，所述编码器将信号反馈至在自动对焦控制器上的I/O传感器上，并由自动对焦控制器接收信号，所述分划板通过光学镜头成像在CMOS图像传感器的光敏面上，并由图像传感器将初始信息传送至自动对焦控制器上的I/O传感器进行接收，所述CCD相机通过光学镜头成像后将图像信息输入至自动对焦控制器，所述自动对焦控制器的信号输出口连接采集卡和显示屏幕，自动对焦控制器的PCI总线口连接信息处理器，所述自动对焦控制器的控制系统为基于FPGA和NIOSⅡ的控制系统
作为本发明的进一步改进，还设有一伺服电机和一伺服控制器，所述伺服电机带动光学镜头运动，伺服控制器控制伺服电机运动，所述自动对焦控制器输出控制信息至伺服控制器。
本发明的有益效果是：本发明是基于FPGA和NIOSⅡ的显微成像自动对焦系统，把图像数据存储在同步动态随机存储器中，内部的嵌入处理器执行自动对焦算法程序对图像数据进行处理，并根据处理结果通过伺服控制器控制伺服电机运动，伺服电机带动光学镜头运动，使得通过镜头所成像的图像位于CCD的光敏面上，因而获得清晰的图像，系统中的LCD显示屏在FPGA控制之下把存储于SDRAM中的图像数据转换成图像进行示，通过显示屏可以观察到自动对焦系统实现图像由模糊到清晰的变化过程，该系统对焦时间快，可实现0.3-0.8秒对焦（50倍物镜），对焦精度高（±1/3景深），对焦稳定。
附图说明
图1为本发明结构原理框图；
图中标示：1-分划板；2-图像传感器；3-光学镜头；4- CCD相机；5-伺服电机；6-伺服控制器；7-自动对焦控制器；8-信息处理器；9-编码器；10-I/O传感器；11-采集卡；12-显示屏幕；13-PCI总线口。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
图1出示了本发明一种基于FPGA和NIOSⅡ的显微成像自动对焦系统的一种实施方式，包括分划板1、图像传感器2、光学镜头3、CCD相机4、自动对焦控制器7、以及信息处理器8，所述分划板1上设有编码器9，所述编码器9将信号反馈至在自动对焦控制器7上的I/O传感器10上，并由自动对焦控制器7接收信号，所述分划板1通过光学镜头3成像在图像传感器2的光敏面上，并由图像传感器2将初始信息传送至自动对焦控制器7上的I/O传感器10进行接收，所述CCD相机4通过光学镜头3成像后将图像信息输入至自动对焦控制器7，所述自动对焦控制器7的信号输出口连接采集卡11和显示屏幕12，自动对焦控制器7的PCI总线口13连接信息处理器8，所述自动对焦控制器7的控制系统为基于FPGA和NIOSⅡ的控制系统。还设有一伺服电机5和一伺服控制器6，所述伺服电机5带动光学镜头3运动，伺服控制器6控制伺服电机5运动，所述自动对焦控制器7输出控制信息至伺服控制器6。
在此系统中，FPGA 控制液晶显示器及图像传感器工作得到图像数据，然后把图像数据存储在同步动态随机存储器中，FPGA内部的NIOSⅡ嵌入处理器执行自动对焦算法程序对图像数据进行处理，并根据处理结果通过伺服控制器控制伺服电机运动，伺服电机带动光学镜头运动，使得通过镜头所成像的图像位于CCD的光敏面上，因而获得清晰的图像．系统中的LCD显示屏在FPGA控制之下把存储于SDRAM中的图像数据转换成图像进行示，通过显示屏可以观察到自动对焦系统实现图像由模糊到清晰的变化过程。
图像采集、存储及显示的实现是建立在分划板、光学镜头、CMOS 图像传感器、FPGA、SDRAM和LCD显示屏所组成的硬件基础之上的。分划板通过光学镜头成像在CMOS图像传感器的光敏面上，由FPGA把图像传感器的输出图像数据转存到SDRAM中，再从SDRAM中读出图像数据传送给LCD显示屏，最终在LCD显示屏上显示图像传感器所生成的图像，图像采集、存储及显示系统的设计为自动对焦的实现奠定了一定的硬件基础。由于图像数据已经存储于SDRAM中，这时，嵌入式处理器NIOSⅡ首先通过执行程序读取这些数据，然后调用自动对焦评价函数程序和爬山搜索程序。在程序运行过程中得到的结果之上，结合FPGA与伺服电机驱动器接口控制伺服电机运动，带动显微镜不断前后移动，使得成像位于图像传感器的光敏面上。

Claims (2)

1.一种基于FPGA和NIOSⅡ的显微成像自动对焦系统，其特征在于：包括分划板(1)、图像传感器(2)、光学镜头(3)、CCD相机(4)、、自动对焦控制器(7)、以及信息处理器(8)，所述分划板(1)上设有编码器(9)，所述编码器(9)将信号反馈至在自动对焦控制器(7)上的I/O传感器(10)上，并由自动对焦控制器(7)接收信号，所述分划板(1)通过光学镜头(3)成像在图像传感器(2)的光敏面上，并由图像传感器(2)将初始信息传送至自动对焦控制器(7)上的I/O传感器(10)进行接收，所述CCD相机(4)通过光学镜头(3)成像后将图像信息输入至自动对焦控制器(7)，所述自动对焦控制器(7)的信号输出口连接采集卡(11)和显示屏幕(12)，自动对焦控制器(7)的PCI总线口(13)连接信息处理器(8)，所述自动对焦控制器(7)的控制系统为基于FPGA和NIOSⅡ的控制系统。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA和NIOSⅡ的显微成像自动对焦系统，其特征在于：还设有一伺服电机(5)和一伺服控制器(6)，所述伺服电机(5)带动光学镜头(3)运动，伺服控制器(6)控制伺服电机(5)运动，所述自动对焦控制器(7)输出控制信息至伺服控制器(6)。
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