基于ARM-linux的显微镜自动对焦系统研究

　　1引言

　　显微镜是应用非常广泛的光学仪器, 但是目前在对微观场景进行显微观察及监测时, 大多仍依靠操作人员的主观判断来完成显微镜的调焦。 20 世纪 70 年代后,大规模集成电路和中央处理器的出现使对焦由手工向自动控制的过渡成为可能。 传统的自动对焦技术多采用测距法,即通过测出物距,从镜头方程求出系统的像距或焦距,从而调整系统使之处于准确对焦的状态,应用的是几何光学原理进行对焦。 随着嵌入式技术的迅猛发展及其在检测控制行业中的广泛应用, 利用 ARM 嵌入式系统实现图像采集处理、以图像分析的方法来实现自动对焦的方法已经开始初步形成。 本文将介绍一种基于 ARM-linux 平台的显微镜自动对焦系统, 该系统能够在较短的时间内实现显微镜自动对焦,可以很好地满足实际工作中的要求。

　　2硬件结构

　　ARM 处理器作为 32 位微控制器一经面世, 便产生了划时代的意义。 它不仅资源丰富,运行速度更快,稳定性更高,也更易于扩展,成为嵌入式系统开发者的首选方案。系统的硬件结构如图1 所示,其中处理器采用的是 Samsung 公司的 S3C2410,其内置的 USB 控制器提供了对USB 设备的支持。 步进电机控制驱动模块以 L297 和 L298 芯片为核心, 由s3c2410 的GPB19-B22四个引脚向 L297 发出时钟、正反转、复位及使能控制信号,通过设置L297 的 HALF 引脚电平,可以控制步进电机半步或整步运行,使电机最小转角可以达到0.9 度。 图像采集模块由OV511驱动芯片和 OV7620 型CMOS 传感器组成。OV511 芯片其片上增加 2 5 6 KRAM 和1 个 USB 收发器,便于构成基于USB 的视频子系统,OV7620 是一款集成了一个640 ×480 (30 万像素)图像矩阵的彩色摄像芯片,支持8 位或 16 位数字信号单通道或双通道输出,输出信号的类型可在 YCrCb 和 RGB 之间选择,图像矩阵支持 VGA 或 CIF 规定,有很强的摄像和控制功能,如暴光控制,γ 校正,增益,色彩矩阵,窗口选择等,都可以通过接口编程控制。

　　3软件部分

　　Linux 作为一种开源的操作系统,具有内核小、效率高 、直接提供网络支持等优点, 其动态模块加载使得对 Linux 的裁减极为方便,可以针对具体应用配置内核,裁减 SHELL 并对嵌入式 C库进行系统定制,Linux 软件平台和 ARM 体系结构的诸多优点造就了二者作为嵌入式系统的完满组合, 广泛应用于嵌入式产品设备中。 系统的总体软件流程如图2,首先将图像传感器采集的图像进行软件滤波降噪后,再进行图像清晰度分析与评价,然后采用五点优化爬山搜索算法根据不同位置的清晰度评价值,最终控制步进电机搜索得到对焦最清晰位置。

　　3.1 对焦方法:五点优化爬山算法