基于機(jī)器視覺的微小空間非介入式聲場測量技術(shù)研究.pdf

1、由于微流控芯片技術(shù)具有微型化、集成化、高靈敏和分析快速等特點(diǎn)，在自然科學(xué)研究的多個(gè)領(lǐng)域和多個(gè)層次中得到了廣泛地應(yīng)用，逐漸成為了國家層面產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的潛在戰(zhàn)略領(lǐng)域，蘊(yùn)含著巨大的市場潛力。經(jīng)過二十多年的快速發(fā)展，聲學(xué)技術(shù)在微流控芯片中的應(yīng)用實(shí)施廣泛展開，對(duì)微流控芯片中聲場的測量需求日益強(qiáng)烈。同時(shí)，由于微流控芯片內(nèi)空間狹小，宏觀測量手段難以開展。而基于機(jī)器視覺的聲場測量技術(shù)，由于采用非接觸式測量及含有豐富信息的特點(diǎn)，特別適合應(yīng)用于微小空間內(nèi)聲場的

2、測量。然而在微流控芯片中聲學(xué)技術(shù)往往應(yīng)用于液體環(huán)境，由于液體環(huán)境中存在光照不均、透光性差等問題，致使微尺度對(duì)象運(yùn)動(dòng)圖像質(zhì)量不佳；同時(shí)，該技術(shù)以液體環(huán)境中微尺度對(duì)象的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型為核心，但其受力特性還未明確，難以建立模型。
　　基于以上背景，本文開展基于機(jī)器視覺的聲場測量技術(shù)研究。在分析液體環(huán)境中標(biāo)準(zhǔn)尺寸微球受力特性的基礎(chǔ)上，建立液體環(huán)境中微球運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，得到其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與受力特性之間的定量關(guān)系，并利用微機(jī)器視覺技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)液體環(huán)境中微球

3、運(yùn)動(dòng)過程信息的獲取，以及采用Tracker軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)微球軌跡的自動(dòng)跟蹤，確定其相關(guān)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，從而根據(jù)實(shí)際測得的運(yùn)動(dòng)參數(shù)求出水平面上聲場的聲壓分布，實(shí)現(xiàn)聲場的測量。同時(shí)，采用MATLAB軟件對(duì)三束平面波合成的二維駐波聲場及超聲輻射力場進(jìn)行模擬仿真以驗(yàn)證合成聲場捕獲及驅(qū)動(dòng)微球運(yùn)動(dòng)的能力，以及采用COMSOL軟件對(duì)微球在聲場中的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行模擬以驗(yàn)證所建立的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的正確性。最后，完成基于機(jī)器視覺的聲場測量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研發(fā)，開展實(shí)驗(yàn)研究，證