视觉自动控制生物显微操作系统研究

论文摘要

在生物科学研究和实验中,生物微操作机器人使微操作简单化、自动化,提高操作效率、成功率。机器人视觉伺服控制是实时图像处理、机器人运动学、控制理论、计算机技术以及实时计算技术的融合,是计算机视觉研究前沿的一个重要分支,其中图像处理和标定技术是它的关键技术和核心内容。目前,机器人视觉伺服系统根据视觉反馈信号表示的是3D空间坐标值或是图像特征值而分为基于位置的和基于图像的视觉闭环反馈两种方式。基于位置的控制方式根据已知的目标几何模型和摄像机模型来估计目标相对于摄像机的位姿,其主要缺陷在于控制精度依赖于摄像机的标定精度,而标定精度又受环境的制约。基于图像的控制方式误差信号直接用图像特征来定义,直接利用图像特征进行视觉信息反馈伺服控制。该方法可以减少计算延时,并且对摄像机和机器人的校准误差和目标模型误差具有较强的鲁棒性。本论文研究了一种基于图像的数字化细胞微注射机器人系统。绕过了3D空间的重建,直接利用图像特征来控制机器人的运动,特别避免了基于位置控制方法成像过程中的非线性和图像匹配等带来的视觉重建困难。文中分析数字化细胞微注射机器人系统的总体结构、基本功能,定义控制系统的功能模块、实现方法;利用一种改进的激光三角测量法,并结合用于提高系统精度的误差矩阵来实现对系统的标定。在VC++6.0环境下,利用Matrox采集卡库函数开发了图像采集模块。图像采集模块能获取图像采集设备的视频流,利用该视频流控制工具的精确运动。在此基础上,对提取的图像进行了图像采集与处理的研究,实现了细胞注射目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 生物显微操作系统的自动操作意义及国内外研究状况
• 1.2 机器人视觉伺服研究的起源、发展方向
• 1.3 本课题的选题依据
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 数字化细胞微注射机器人系统的组成及工作原理
• 2.1 数字化细胞微注射系统的组成
• 2.2 数字化细胞微注射系统的工作原理
• 2.3 数字化细胞微注射机器人系统各部分详细介绍
• 2.3.1 微操作机械手
• 2.3.2 倒置显徽镜
• 2.3.3 CCD图像传感器
• 2.3.4 图像采集卡
• 2.3.5 图像处理软件
• 2.3.6 手动机械手
• 2.4 小结
• 第3章 数字化细胞微注射机器人系统的的标定
• 3.1 系统标定理论
• 3.1.1 引言
• 3.1.2 深度信息的获取
• 3.1.3 系统标定精度的提高
• 3.2 系统标定结果
• 3.3 小结
• 第4章 Matrox采集卡库函数开发
• 4.1 操作系统
• 4.2 编程环境
• 4.3 采集卡和微操作机械手库函数程序二次开发
• 4.3.1 采集卡库函数二次开发
• 4.3.2 微操作机械手库函数二次开发
• 4.4 小结
• 第5章 数字化细胞微注射系统的图象处理
• 5.1 图象处理理论
• 5.1.1 引言
• 5.1.2 数字图像处理技术的应用
• 5.2 动态灰度直方图的获取
• 5.2.1 图像灰度化处理
• 5.2.2 获取灰度直方图的程序实现
• 5.3 去除噪声
• 5.3.1 噪声模型
• 5.3.2 典型的消除噪声方法
• 5.4 特征点自动跟踪
• 5.5 数字图象处理中出现的问题及其解决办法
• 5.5.1 数字图象处理中常出现的问题
• 5.5.2 主要问题的一些解决方法
• 5.6 小结
• 第6章 细胞注射实验
• 6.1 细胞注射实验控制系统工作原理
• 6.1.1 控制系统工作原理
• 6.1.2 细胞轮廓的提取
• 6.2 细胞注射实验
• 6.3 小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文目录