面向復雜作業(yè)的微操作機器人系統(tǒng)視覺反饋與定位研究.pdf

1、微操作機器人是機器人技術向微細操作領域的延伸,它使微操作從繁復的手工操作中解放出來。隨著微操作技術的發(fā)展和微觀研究的深入,多目標操作和批量目標操作已逐漸成為微操作的研究重點。針對批量目標微操作存在的問題,本文將復雜作業(yè)的概念引入微操作領域,在原有面向生物工程的微操作機器人基礎上,針對微操作復雜作業(yè)所需要的視覺反饋與定位問題進行了深入的研究。本文工作主要包括以下幾個方面:
　　 顯微鏡狹小的視野范圍給微操作復雜作業(yè)造成了諸多不便,

2、是制約大范圍微操作的主要因素,為此,本文提出了一種基于圖像拼接的顯微視野拓展方法。該方法結合基于區(qū)域和基于特征兩類圖像拼接方法,在保證拼接精度的前提下,可在線完成視野拓展。同時,本文借助不同放大倍數(shù)的顯微鏡物鏡,建立分層遞階的體系結構,最終在線構建了具有厘米級范圍、亞微米分辨率的全局視野,為微操作復雜作業(yè)提供了廣闊的視覺反饋。
　　 在分析顯微成像特征和顯微成像模型的基礎上,提出了一種適用于模糊顯微圖像的半盲圖像復原方法。該方法

3、將成像系統(tǒng)的點擴散函數(shù)建模為二維高斯函數(shù),并將Canny邊緣檢測引入圖像復原領域,最終實現(xiàn)了模糊顯微圖像的復原,為微操作復雜作業(yè)提供了清晰的視覺反饋。
　　 在現(xiàn)有目標定位方法基礎上,提出了批量目標分層全局定位方法。該方法基于分層策略,將全局視野分塊處理,有效縮短了目標定位的總體時間;同時,分層信息也可用于簡化屬NP完全問題的目標排序問題,由此完成了微操作復雜作業(yè)的準備工作。針對批量生物目標微操作中特有的目標重定位問題,還提出了

4、一種目標組重定位方法。該方法基于鄰近目標構型,可在批量目標多次顯微觀察中找到同一目標,為進一步批量生物目標微操作的成功率與致死率的定量統(tǒng)計打下了基礎。
　　 顯微鏡視野狹小表現(xiàn)在光軸方向就是景深小:只能在很小范圍內(nèi)成清晰的像,而離焦面只能得到模糊的顯微圖像。若以離焦顯微圖像作為視覺反饋,手工方式將無法完成微操作。但這種離焦顯微圖像本質上是一種“有規(guī)律”的模糊,只要理解人眼無法讀懂之“規(guī)律”,便可解決微操作工具在離焦狀態(tài)下的定位問

5、題,微操作機器人系統(tǒng)在這種狀態(tài)下的操作也成為了可能。本文在分析顯微鏡物鏡成像原理的基礎上,提出了一種基于離焦光學傳遞函數(shù)的深度方向定位方法。該方法在顯微成像模型中加入了透鏡參數(shù)與衍射效應的影響,具有較高的定位精度和較好的線性度。該方法實現(xiàn)了微操作工具的在線定位,可應用于高精度微操作復雜作業(yè)。
　　 最后,結合當前基因工程領域的前沿問題,設計并實現(xiàn)了針對批量生物目標的顯微圖像平面視野拓展與定位實驗和基于離焦顯微圖像反饋的深度方向定